Né dans le courant du IIIe siècle, il entra dans les ordres et fut bientôt nommé évêque de Nicomédie, en Bithynie (aujourd’hui Izmit, au nord-ouest de la Turquie). Cette ville était le lieu principal de résidence du cruel empereur Dioclétien, qui haïssait les chrétiens.

Le 23 février 303, la principale église de Nicomédie fut détruite, et Dioclétien raviva la persécution. A la demande de nombreux fidèles, Anthime se réfugia dans un village des montagnes environnantes. Là, il apporta son soutien aux chrétiens survivants et les fortifia dans leur foi, en les encourageant à tenir dans le feu des persécutions.

Des soldats furent envoyés à sa poursuite : plutôt que de les fuir, il les accueillit à sa table avant de leur révéler son identité. Les soldats firent alors le choix de ne pas l’arrêter et de rentrer en affirmant ne pas l’avoir trouvé, mais lui les suivit, les convertit et les baptisa en chemin.

Arrivé à Nicomédie, Anthime fut arrêté et martyrisé. On lit au martyrologe qu’il « eut la tête tranchée pour la défense de Jésus-Christ. Presque tout son troupeau le suivit, et la plupart de ses diocésains souffrirent la mort avec lui : les uns furent décapités, les autres brûlés ; le juge en mit plusieurs dans des barques, et les fit noyer dans la mer ».