Surpris en train de prêcher dans un cimetière souterrain, il fut décapité sur sa chaire avec ses diacres.
Élu évêque de Rome en 257, il hérite d'une querelle qui envenimait les relations entre Rome et l'Afrique : son prédécesseur Étienne avait menacé de rompre avec Cyprien de Carthage sur la validité du baptême administré par des hérétiques. Sixte laisse la question ouverte et rétablit la communion, ce qui lui vaut chez Pontius le surnom de « bon et pacifique ». Son pontificat dure un an. En 258, l'empereur Valérien durcit sa persécution par un rescrit ordonnant l'exécution immédiate des évêques, prêtres et diacres. Le 6 août, Sixte est saisi alors qu'il présidait une assemblée dans le cimetière de Prétextat, sur la voie Appienne, et décapité sur place avec quatre de ses diacres ; deux autres subissent le même sort le jour même. Son archidiacre Laurent le suit quatre jours plus tard. Son nom entre au canon de la messe romaine. Le calendrier romain le célèbre le 7 août ; le martyrologe retient le 6, jour de sa mort.
Représenté en pape avec la palme du martyre, souvent entouré de ses diacres, ou aux côtés de Laurent portant son gril.