Eulalia nace en Augusta Emerita (Mérida) aproximadamente en el año 292. Algunas fuentes datan su vida más tarde, y ponen su martirio en el tiempo del emperador Trajano Decio (249-251). Era hija del senador romano Liberio y tanto ella como toda su familia eran cristianos.
Cuando Eulalia cumplió los doce años apareció el decreto del emperador Diocleciano prohibiendo a los cristianos dar culto a Jesucristo y mandándoles adorar a los ídolos paganos. La niña sintió un gran disgusto por estas leyes y se propuso protestar ante los delegados del gobierno.
Viendo su madre y su padre que la joven podía correr algún peligro de muerte si se atrevía a protestar contra la persecución de los gobernantes, se la llevaron a vivir al campo, en una casa situada en las orillas del río Albarregas, pero ella se escapó y llegó a la ciudad de Mérida, según la tradición, el 10 de diciembre del año 304, tras una travesía que, según sus biógrafos, estuvo llena de intercesiones milagrosas.
Eulalia se presentó ante el gobernador Daciano y le protestó valientemente diciéndole que esas leyes que mandaban adorar ídolos y prohibían a Dios eran totalmente injustas y no podían ser obedecidas por los cristianos.
Daciano intentó al principio ofrecer regalos y hacer promesas de ayudas a la niña para que cambiara de opinión, pero al ver que ella seguía fuertemente convencida de sus ideas cristianas, le mostró todos los instrumentos de tortura con los cuales le podían hacer padecer horriblemente si no obedecía a la ley del emperador que mandaba adorar ídolos y prohibía adorar a Jesucristo. Y le dijo: “De todos estos sufrimientos te vas a librar si le ofreces este pan a los dioses, y les quemas este poquito de incienso en los altares de ellos”. La jovencita lanzó lejos el pan, echó por el suelo el incienso y le dijo valientemente: “Al solo Dios del Cielo adoro; a Él únicamente le ofreceré sacrificios y le quemaré incienso. Y a nadie más”.
Entonces el juez pagano mandó que la destrozaran golpeándola con varillas de hierro y que sobre sus heridas colocaran antorchas encendidas. La hermosa cabellera perfumada de Eulalia se incendió y la jovencita murió quemada y asfixiada por el humo.
Dice el poeta Prudencio que al morir la santa, la gente vio una blanquísima paloma que volaba hacia el cielo, y que los verdugos salieron huyendo, llenos de pavor y de remordimiento por haber matado a una criatura inocente. La nieve cubrió el cadáver y el suelo de los alrededores, hasta que varios días después llegaron unos cristianos y le dieron honrosa sepultura al cuerpo de la joven mártir. Allí en el sitio de su sepultura se levantó un templo en honor de Santa Eulalia, y dice el poeta que él mismo vio que a ese templo llegaban muchos peregrinos a orar ante los restos de tan valiente joven y a conseguir por medio de ella muy notables favores de Dios.
El culto de Santa Eulalia se hizo tan popular que san Agustín hizo sermones en honor de esta joven santa. Y en la muy antigua lista de mártires de la Iglesia Católica, llamada Martirologio romano”, hay esta frase: “el 10 de diciembre, se conmemora a Santa Eulalia, mártir de España, muerta por proclamar su fe en Jesucristo”.