Bazyli urodził się w rodzinie zamożnej i głęboko religijnej w Cezarei Kapadockiej (obecnie Kayseri w środkowej Turcji) w 329 r. Wszyscy członkowie jego rodziny dostąpili chwały ołtarzy: św. Makryna - jego babka, św. Bazyli i Emelia (Emilia) - rodzice, jego bracia - św. Grzegorz z Nyssy i św. Piotr z Sebasty, oraz siostra - św. Makryna Młodsza. Jest to wyjątkowy fakt w dziejach Kościoła.
Ojciec Bazylego był retorem. Jako taki miał prawo prowadzić własną szkołę. Młody Bazyli uczęszczał do tej szkoły, a następnie udał się na dalsze studia do Konstantynopola i Aten. Tu spotkał się ze św. Grzegorzem z Nazjanzu, z którym odtąd pozostawał w dozgonnej przyjaźni. W ławie szkolnej zasiadał z nimi także Julian, późniejszy cesarz rzymski (panował w latach 361-363, przez potomnych nazwany Apostatą ze względu na powrót do kultów pogańskich). W 356 r. Bazyli objął katedrę retoryki w Cezarei po swoim zmarłym ojcu. Tu przyjął chrzest w roku 358, mając 29 lat. Taki bowiem był wówczas zwyczaj, że chrzest przyjmowano w wieku dorosłym, w pełni rozeznania obowiązków chrześcijańskich.
Przeżycia po śmierci brata poważnie wpłynęły na jego życie. W latach 357-359 odbył wielką podróż po ośrodkach życia pustelniczego i mniszego na Wschodzie: Egipcie, Palestynie, Syrii i Mezopotamii. Po powrocie postanowił poświęcić się życiu zakonnemu: rozdał swoją majętność ubogim i założył pustelnię w Neocezarei (obecnie Niksar w Turcji) nad brzegami rzeki Iris. Niebawem przyłączył się do niego św. Grzegorz z Nazjanzu. Razem sporządzili wówczas zestaw najcenniejszych fragmentów pism Orygenesa (Filokalia). Tam również Bazyli zaczął pisać swoje Moralia i zarys Asceticon, czyli przyszłej reguły bazyliańskiej, która miała ogromne znaczenie dla rozwoju wspólnotowej formy życia zakonnego na Wschodzie.
Bazyli jest jednym z głównych kodyfikatorów życia zakonnego zarówno na Wschodzie, jak i na Zachodzie chrześcijaństwa (miał ogromny wpływ na św. Benedykta z Nursji). Ideałem życia monastycznego Bazylego była braterska wspólnota, która poświęca się ascezie, medytacji oraz służy Kościołowi zarówno poprzez naukę wiary (poznawanie tajemnic Objawienia i obronę przeciw herezjom), jak i w działalności duszpasterskiej i charytatywnej.


W 360 roku Bazyli wziął udział w synodzie, który odbył się w Konstantynopolu, a w dwa lata potem był świadkiem śmierci metropolity Cezarei Kapadockiej, Dioniusa. Jego następca, Euzebiusz, udzielił mu w 364 r. święceń kapłańskich. Po śmierci tegoż metropolity Bazyli został wybrany jego następcą (370). Jako arcybiskup Cezarei wykazał talent męża stanu, wyróżniał się także jako doskonały administrator i duszpasterz, dbały o dobro swojej owczarni. Bronił jej też niezmordowanie żywym słowem i pismem przed skażeniem herezji ariańskiej. Rozwinął w swojej diecezji szeroką działalność dobroczynną, budując na przedmieściach Cezarei kompleks budynków na potrzeby biednych i podróżujących (tzw. Bazyliada). Był człowiekiem szerokiej wiedzy, znakomitym mówcą, pracowitym i miłosiernym pasterzem.

Zmarł 1 stycznia 379 r. Jego relikwie przeniesiono wkrótce do Konstantynopola wraz z relikwiami św. Grzegorza z Nazjanzu i św. Jana Chryzostoma. Obecnie znajdują się one w Bruges (Belgia), przewiezione tam przez Roberta II Jerozolimskiego (1065-1111), hrabiego Flandrii, uczestnika wypraw krzyżowych. Część relikwii znajduje się we Włoszech: głowa w Amalfi koło Neapolu, a ramię w kościele S. Giorgio dei Greci w Wenecji.
Św. Bazyli razem z pozostałymi ojcami kapadockimi (Grzegorzem z Nazjanzu i Grzegorzem z Nyssy) gorliwie zwalczał herezję ariańską i ustalił treść dogmatu o Trójcy Świętej ("jedna natura, trzy hipostazy" - jeden Bóg w trzech Osobach). Pozostawił bogatą spuściznę literacką: szereg pism dogmatyczno-ascetycznych, homilii i 350 listów. Poprzez swój Asceticon stał się ojcem i prawodawcą monastycyzmu wschodniego. Jest twórcą liturgii wschodniej (tzw. bizantyńskiej). W Kościele Wschodnim doznaje czci jako jeden z czterech wielkich Ojców Kościoła. Na 1600-lecie śmierci św. Bazylego w dniu 2 stycznia 1980 roku papież św. Jan Paweł II ogłosił list apostolski Patres Ecclesiae. Bazyli jest patronem bazylianów i sióstr św. Krzyża.

W ikonografii św. Bazyli przedstawiany jest jako biskup w pontyfikalnych szatach rytu łacińskiego, a także ortodoksyjnego, jako mnich w benedyktyńskiej kukulli, eremita. Ma krótkie, czarne, przyprószone siwizną włosy, długą, szpiczastą brodę, wysokie czoło i garbaty nos. W lewej ręce trzyma Ewangelię, prawą błogosławi lub przytrzymuje Świętą Księgę. Jego atrybutami są: czaszka, gołąb nad głową, księga, model kościoła, paliusz, rylec.