La storia del martirio della santa ci è giunta tramite il racconto da Eusebio di Cesarea (265-340), il quale riporta un brano della lettera del vescovo Dionigi di Alessandria († 265), indirizzata a Fabio di Antiochia, in cui si narrano gli avvenimenti dei quali era stato testimone. Tra il 249 ed il 250 in Alessandria d'Egitto scoppiò una sommossa popolare contro i cristiani, eccitata da un indovino pagano. Apollonia, un'anziana donna cristiana non sposata che aveva aiutato i cristiani e fatto opera di apostolato, venne catturata tra gli altri e venne percossa al punto di farle cadere i denti. Secondo la tradizione popolare le furono divelti i denti con le tenaglie. Venne poi preparato un gran fuoco per bruciarla viva se non avesse pronunciato delle bestemmie. Riuscita a liberarsi con un'astuzia dalle mani della plebe, si lanciò da sé tra le fiamme, dove morì, ritenendo senza dubbio che il suicidio non costituisse una colpa in quella situazione. Il corpo della martire, secondo alcuni racconti, sarebbe stato ridotto in cenere.

Una Passio latina trasferisce questo martirio in Roma, durante il governo dell'imperatore Giuliano.