Romano, figlio di un Giovanni, vicario del prefetto del pretorio, visse ai tempi dell'imperatore Giustiniano. Era apocrisiario della Chiesa di Roma a Bisanzio, quando Giustiniano lo incaricò di togliere il pallio a Paolo d'Alessandria. Riunì allora in sinodo a Gaza che proclamò deposto il patriarca. Fece poi pubblicare dall'imperatore un editto contro i proseliti di Origene, ed ebbe dallo stesso la promessa della successione al papa Vigilio, allorchè, come arcidiacono di Roma, sottoscrisse all'editto contro i Tre capitoli, denominazione collettiva degli scritti di Teodoreto, di Teodoro di Mopsuesta e dell'epistola di Ibas con cui i Nestoriani giustificavano le loro dottrine.
Alla morte di Vigilio, Pelagio, forte della promessa imperiale, occupò il seggio pontificale, senza attendere l'elezione; ma incontrò molte opposizioni e soltanto i vescovi di Perugia e di Ferentino consentirono a ordinario papa. Le molte sue liberalità al popolo e alle chiese, e il favore di Narsete, consolidarono la sua autorità; ma lo scisma non cessò che alla sua morte, la quale avvenne il 2 marzo 560.
Durante il pontificato di Pelagio I si tenne il terzo concilio di Parigi, nel quale venne pronunciata la scomunica contro i possessori di beni ecclesiastici, che furono qualificati assassini dei poveri.