El testimonio principal acerca de san Teófilo de Cesarea de Palestina se encuentra en la Historia Eclesiástica de Eusebio de Cesarea, que tantas veces citamos en este santoral. La primera de las tres menciones que hace el historiador (todas en el libro V de su obra) incluye a Teófilo entre los obispos célebres del período que está considerando, es decir, hacia el año 190 (año X del emperador Cómodo). Las otras dos citas se refieren a un problema que agitó a las iglesias locales desde el siglo segundo y hasta comenzado el cuarto, hasta que el Concilio de Nicea (año 325) zanjó la cuestión: se trató de si la Pascua debía celebrarse siguiendo la fecha judía, es decir, el día 14 de Nisán, esto es: 14 días después de la luna nueva del equinoccio de primavera (en el hemisferio norte), cayera el día de la semana en que cayera (esto decían los «cuartodecimanos»), o si debía trasladarse la celebración al domingo siguiente a esa fecha (esto decían los «dominicales», tesis que finalmente prevaleció). Parece una cuestión menor, y lo era efectivamente para algunos obispos que consideraban que el problema se resolvía según la tradición de cada sitio (ver la biografía de san Ireneo), pero algunas iglesias locales estaban sinceramente contrariadas por la existencia de las dos tradiciones, y en algunos casos se había llegado a la excomunión mutua.
San Teófilo de Cesarea, junto con san Narciso de Jerusalén, perteneció al partido de los dominicales, y aún en época de Eusebio se conservaba la carta que, con la firma de estos dos santos y otros obispos, enviaran a las iglesias de Asia para oponerse a la práctica "cuartodecimana". Unos siglos después de Eusebio, Beda el Venerable pretende transcribir la carta, pero la autenticidad del texto transmitido por Beda ha sido denegada por los historiadores. No sabemos más sobre Teófilo, ni cuándo ni cómo murió, aunque podemos afirmar casi con completa certeza que no fue mártir, porque sería verdaderamente muy extraño que ese dato hubiera sido pasado por alto por Eusebio. Es posible (aunque conjetural) que muriera hacia el 195, a inicios del imperio de Septimio Severo.
Teófilo es también mencionado por San Jerónimo, quien en el capítulo 43 de su Catálogo de Escritores Eclesiásticos lo describe como adversario de los cuartodecimanos, en una breve noticia biográfica que depende sin duda del texto de Eusebio. No aparece sin embargo en los martirologios antiguos, hasta el de Petrus De Natalibus (s. XV), de donde parece que pasa al de Baronio, es decir, al primer Martirologio Romano, donde queda inscrito con el mismo elogio que en el Martirologio actual. La fecha de inscripción el 5 de marzo es arbitraria, debida al Card. Baronio.
Para los textos de Eusebio, ver H.E, libro V, caps 22, 23 y 25. las demás referencias pueden verse en Acta Sanctorum, marzo, I, pág. 361-362.