Las actas de este santo no mencionan la fecha de su martirio. Algunos autores lo sitúan en el reinado de Valeriano, otros en el de Diocleciano. Parece que el martirio tuvo lugar en alguna ciudad de la Mauritania, probablemente en Cesarea, la capital. La persecución estaba en todo su furor; los soldados irrumpían en las casas a la menor sospecha; si encontraban cristianos, los maltrataban sin esperar la sentencia del juez. Cada día se cometían nuevos sacrilegios; los fieles se veían obligados a asistir a los sacrificios paganos, a transportar por las calles las víctimas coronadas de flores y a quemar incienso ante los ídolos. En tan terribles circunstancias, Arcadio se retiró a la soledad; pero su fuga no permaneció oculta mucho tiempo. El gobernador de la ciudad, al saber que no se había presentado a los sacrificios públicos, envió un piquete de soldados a buscarle en su casa; éstos tomaron preso a un pariente de Arcadio, y el gobernador ordenó que le guardaran como rehén, hasta que el prófugo se presentara.
Al saberlo, nuestro mártir volvió a la ciudad y se entregó al juez, diciendo: «Librad de las cadenas a mi pariente, pues yo he venido a rendir cuentas de mi persona y a declararos que él ignoraba dónde estaba yo escondido». El juez le respondió: «No sólo estoy dispuesto a perdonar a tu pariente sino también a ti, a condición de que sacrifiques a los dioses». Arcadio se rehusó a ello, y el juez dijo a los verdugos: «Tomadle y hacedle desear la muerte. Cortadle los miembros parte por parte; tan lentamente, que comprenda este villano lo que significa abandonar a los dioses de sus padres por una divinidad desconocida». Los verdugos arrastraron a la nueva víctima al sitio donde muchas otras habían ya sufrido por Cristo. Arcadio tendió el cuello, dispuesto a recibir el golpe, pero el verdugo le ordenó que extendiera el brazo, y le fue cortando parte por parte desde los dedos hasta el hombro. Después procedió a ejecutar la misma operación con el otro brazo y con las piernas. El mártir presentó uno por uno los miembros con invencible valor, repitiendo: «Señor, enséñame tu sabiduría,» porque los verdugos se habían olvidado de cortarle la lengua. Al fin de la tortura, del cuerpo de Arcadio no quedaba más que el tronco. Viendo el mártir las partes de su cuerpo que yacían a su alrededor, las ofreció a Dios con estas palabras: «Felices de vosotros, miembros míos, que pertenecéis ya a Dios, pues habéis sido sacrificados a causa de Él» Después se volvió hacia el pueblo, diciendo: «Vosotros que habéis presenciado esta sangrienta tragedia, sabed que todos los tormentos son nada en comparación de la corona que me espera. Vuestros dioses son falsos, dejad de adorarles. Aquél, por quien yo sufro, es el único Dios verdadero, y morir por Él es vivir.» Arcadio murió pronunciando estas palabras, y los paganos se maravillaron de su milagrosa paciencia. Los cristianos recogieron los ensangrentados miembros y les dieron sepultura.
Ver Acta Sanctorum, 12 de enero, donde se halla la pasión de san Arcadio, así como un panegírico de Zenón de Verona. Aunque Ruinart incluyó la pasión de san Arcadio en Acta sincera, dicho documento pertenece más bien a la categoría de las novelas con fundamento histórico. Cf. Delehaye, Origines du culte des martyrs (1933), p. 391.