Desde temprana edad abrazó la fe en el Señor y se distinguió por el largo tiempo que pasaba en la oración, por el sacrificio, por el ayuno y por las obras de caridad hacia el prójimo.
En aquel entonces, el perseguidor de los cristianos Sapricio se enteró de la fama de Dorotea y la encarceló para obligarla a ofrecer sacrificios a los dioses. Como la joven, a pesar de la amenaza de la hoguera, se mantuvo firme en no abjurar de su fe, Sapricio la confió a otras dos jóvenes que, antes que ella, sí habían abjurado para salvar sus vidas: Crista y Calixta. La idea del perseguidor, sin embargo, se volvió en su contra y el resultado fue que Dorotea hizo que estas jovenes se convertieran de nuevo a la fe en Jesús. Las dos jóvenes acompañaron y precedieron en el martirio a Dorotea.
Mientras era llevada a la horca, la tradición dice que Dorotea cumplió la promesa que había hecho antes al juez Teófilo quien, al condenarla a muerte por decapitación, la desafió diciendo: "Envíame manzanas y rosas desde el cielo". Así que, poco antes de ser asesinada, se dice que el juez vio que un un ángel le entregaba una cesta con tres rosas y tres manzanas en pleno invierno, con el resultado de que el sarcástico juez inmediatamente también se convirtió y aceptó la fe cristiana.
Como ya había sucedido con Crista y Calista, la gran fe de Dorotea sostenida por aquel prodigioso acontecimiento, obtuvo la nueva y sorprendente conversión de Teófilo. El resultado fue que debido a su sorpresiva profesión de fe, Teófilo también fue condenado a muerte. Por eso, su memoria litúrgica está asociada con la de Santa Dorotea en el mismo día.