Obispo de Samosata (actualmente Samsat) en Siria; se desconoce su fecha de nacimiento; murió en 379 ó 380. La historia no lo menciona antes del año 361, cuando como obispo de Samosata, tomó parte en la consagración de Melecio, el recién elegido patriarca de Antioquía.
Por aquella época la Iglesia de Oriente estaba dividida por el arrianismo y sus herejías asociadas. La mayoría de las sedes episcopales estaban ocupadas por obispos arrianos, y el mismo Melecio fue elegido Patriarca de Antioquía sólo porque los arrianos creyeron que él apoyaba esta herejía.
Tillemont y algunos otros historiadores incluso afirman que en aquella época Eusebio se inclinaba por el arrianismo. Sea cual haya sido la fe de Eusebio previamente, lo cierto es que en el sínodo sostenido en Antioquía en 363 la fórmula nicena, que expresamente menciona el homoousion, fue aceptada, y el documento fue firmado por Eusebio y otros 24 obispos.
Cuando los arrianos descubrieron que Melecio sostenía la doctrina de Nicea, declararon su elección inválida e intentaron obtener de Eusebio las actas sinodales que le habían sido confiadas y que probaban la legitimidad de la elección. El emperador Constancio, que apoyaba a los arrianos, ordenó a Eusebio entregar el documento, pero sin éxito.
Inmediatamente Constancio amenazó a Eusebio con la pérdida de su mano derecha, pero el obispo calmadamente presentó ambas manos al portador del mensaje y le dijo: "Córtalas ambas. No entregaré el documento con el cual se puede probar la injusticia de los arrianos". El Emperador se impresionó por la constancia de Eusebio y dejó el documento en su posesión.
Fue principalmente por los esfuerzos concertados de San Eusebio y San Gregorio Nacianceno que, en 370, San Basilio fue elegido arzobispo de Cesarea de Filipo en Capadocia. De esta época también data la tierna amistad entre San Eusebio y éste último, que es atestiguada por cartas aún existentes escritas por San Basilio al obispo de Samosata.
Eusebio desplegó su mayor actividad durante la persecución del emperador arriano Flavio Valente a los católicos. Disfrazado de oficial militar, visitó las iglesias perseguidas de Siria, Fenicia y Palestina, exhortando a los católicos afligidos a permanecer fieles a su fe, ordenando sacerdotes ortodoxos donde fueran necesarios, y ayudando de muchas otras formas a los obispos católicos en el difícil ejercicio de sus deberes durante estos tiempos difíciles.
Fue a raíz de este incansable celo de Eusebio que San Gregorio Nacianceno lo llamó "columna de la Iglesia", "don de Dios", "regla de la fe", etc., (Migne, P.G., XXI, 57)
Enfurecidos por el gran éxito de Eusebio, los arrianos convencieron al Emperador Valente de desterrarlo a Tracia. Tras la muerte de Valente en 378, se le permitió retornar a su sede. En su recorrido de Tracia a Samosata fue fundamental en el nombramiento de numerosos obispos ortodoxos, entre ellos Acacio de Beroea, Teodoto en Hierápolis, Isidoro en Cirro, y Eulogio en Edessa.
Al llegar a su sede, reasumió su antigua actividad contra los arrianos, tanto en su diócesis como en las iglesias vecinas.
Cuando tomaba parte en la consagración del obispo Maris, en el pequeño pueblo de Dolicha, cerca de Samosata, una mujer arriana le arrojó desde el techo de su casa un ladrillo, el cual lo golpeó en la cabeza y murió a consecuencia de la herida pocos días después, tras de obtener la promesa de sus amigos de que no perseguirían ni castigarían a su atacante. Los griegos lo honran como mártir el 21de junio, los latinos el 22.
