Знатного римского рода, сенаторского сословия. Выдающийся военачальник при равноапостольном Константине Великом и его сыне Констанции. Многократно награждён за отличную службу и отвагу. В 312 году в сражении императоров Константина и Максенция у Мульвиева моста Артемий видел явление в небе Креста с надписью: «Сим побеждай». Это знамение обратило его в христианскую веру. Будучи наместником Египта, он много сделал для распространения там христианства.

В 361 – 363 годах император Юлиан начал непримиримую борьбу с христианством, отправляя на смерть сотни христиан. По его приказу в Антиохии истязали двух епископов, не желавших отречься от Христа. В то время в город прибыл и Артемий и всенародно обличил Юлиана в нечестии.

После жестоких пыток Артемия бросили в темницу. Там ему явился Христос, исцелил от ран и сказал: «…будь мужествен и радуйся – ты будешь со Мною в Моём Царстве». На следующий день Юлиан потребовал, чтобы Артемий признал языческих богов. Встретив решительный отказ, император снова прибег к пыткам. Но подвижник перенёс их без единого стона и предрёк Юлиану скорое возмездие за причинённое христианам зло.

После ещё более лютых пыток Артемия обезглавили. Вскоре сбылось пророчество: в бою с персами Юлиана Отступника смертельно ранила незримым оружием невидимая рука. А мощи великомученика Артемия с почестями перенесли из Антиохии в Константинополь.