Neveu de l’empereur romain Probus, il naquit à Rome dans la première moitié du IIIe siècle. Il fut éduqué dans la foi chrétienne par son père, converti, qui s’installa à Byzance et fut ordonné prêtre puis nommé évêque de la ville. Après la mort de celui-ci, son fils aîné, Probus, lui succéda sur le siège épiscopal, et, quand il mourut, Métrophane, reconnu pour sa sainteté et sa science, fut lui-même choisi comme évêque de Byzance.

Défenseur de la foi, il lutta contre l’arianisme ; il ne put toutefois pas participer en raison de son grand âge au concile de Nicée I qui condamna cette hérésie, mais il laissa son empreinte sur les débats, notamment par la voix de son envoyé, qui lui succéda comme évêque, saint Alexandre de Constantinople.

Vers 320, Métrophane rencontra l’empereur Constantin Ier à Byzance, et il semblerait que la grande sainteté de l’évêque eut une influence sur la décision du souverain de transférer sa capitale à Byzance qu’il renomma Constantinople. Il mourut à Byzance vers 326.