Aunque el relato del martirio parece fruto de una piadosa fantasía, históricamente es cierto que Valeriano y Tiburcio fueron mártires y que fueron enterrados en las catacumbas de Pretestato. Después del proceso, narrado con abundancia de detalles por el autor de la Pasión, Cecilia fue condenada a la decapitación, pero los tres poderosos golpes del verdugo no lograron cortarle la cabeza: esto se debió a que, según el relato, Cecilia había pedido al Señor la gracia de ver al Papa Urbano antes de morir.
