Святые братья родились знатной семье в византийском городе Солуни (ныне — греческий город Фессалоники). Мефодий был старшим из семи братьев, святой Константин (Кирилл — его монашеское имя) — самым младшим.
Когда Кириллу было 12 лет, родители умерли. Младший сын был отдан на воспитание влиятельного логофета (высший чиновник патриаршей канцелярии) Феоктиста. Юноша обучался у лучших преподавателей Константинополя, демонстрируя выдающиеся способности, и довольно рано принял решение стать священнослужителем.
Получил почетную должность хранителя библиотеки собора Святой Софии и преподавал философию в Константинопольском университете. Кирилл желал жить в уединении в монастыре, но его по указу императора стали посылать в дальние поездки проповедовать христианство и участвовать в богословских диспутах.
Мефодий был сначала в военном звании и был правителем в одном из подчиненных Византийской империи славянских княжеств. Там он выучил славянский язык. Пробыв там около 10 лет, Мефодий принял монашество в одном из монастырей на горе Олимп.
В 856-м Кирилл переселился туда к брату и посвятил себя науке. Вокруг Кирилла и Мефодия сложилась группа единомышленников и обдумывалась идея создания славянской азбуки. Тогда Византийская империя уже включала земли славян-язычников, но создать для них письменность никак не удавалось.
В 862-м братьев по просьбе князя Ростислава отправили в Моравию (регион на востоке современной Чехии) объяснять людям «веру на родном языке». Кирилл понял, что без азбуки не сможет выполнить эту миссию. Его инициатива была одобрена императором.
Святые проделали огромную работу: составили славянскую азбуку, обучали ведению богослужения и в течение трех лет перевели с греческого Евангелие, Апостол, Псалтирь и другие богослужебные книги. Созданный алфавит большинство исследователей отождествляют с глаголицей, а вот создание кириллицы приписывают ученикам Кирилла.
Затем равноапостольные святые отправились в Рим к папе Римскому. Поездка была необходима, поскольку своими трудами Кирилл и Мефодий спровоцировали большой конфликт. В то время многие богословы придерживались мнения, что службы должны проводиться исключительно на трех языках (древнееврейском, греческом и латинском), на которых была сделана надпись на Кресте Господнем. Кирилл же выступал за то, что все народы имеют право обращаться к Богу на родном языке, и напоминал об апостолах, наделенных способностью проповедовать на всех языках.
Кирилл передал папе Римскому Адриану II мощи папы Римского Климента, обретенные во время поездки в Херсонес (часть Крыма, на тот момент владение Византии). Тот в ответ утвердил богослужение на славянском языке и приказал положить в церквях переведенные книги.
В Риме святой тяжело заболел, принял схиму и новое монашеское имя Кирилл и скончался 14 февраля 868 года. Похоронен в церкви Святого Климента в Риме. После его смерти Мефодий был рукоположен в архиепископы Моравии.