Fils du César Constance Chlore, il rejoignit son père en Bretagne (Grande Bretagne actuelle) quand celui-ci devint Auguste après la démission de Dioclétien et de Maximien. Peu après, à la mort de son père à York en 306, les troupes le proclamèrent César. Quelques mois plus tard, comme Maxence, fils de Maximien, avait pris le contrôle de l'Italie et de l'Afrique du nord sous le titre d'Auguste, Constantin prit lui aussi ce titre.

En 312, il fut vainqueur de Maxence en se présentant comme le champion du christianisme et se convertit sans doute à ce moment-là. En 313, il rencontra à Milan Licinius, qui détenait le pouvoir en Orient, et conclut avec lui un accord de partage de l'Empire. Parmi les mesures prises en commun figurait un édit de tolérance religieuse, appelé habituellement édit de Milan. Mais Constantin, pour sa part, alla plus loin que la simple tolérance et favorisa désormais les chrétiens.

Après un premier conflit, assez mal connu, Constantin vint à bout de Licinius en 324 et réunit tout l'Empire entre ses mains. Il transforma la cité grecque de Byzance en une « Nouvelle Rome » et s'y installa. Voulant mettre fin à la querelle qui divisait les chrétiens à propos du rapport entre le Fils et le Père, il convoqua et présida un concile dans la ville de Nicée. La conception inspirée par les thèses du prêtre Arius (subordination du Fils au Père) y fut condamnée. La plupart des 250 ou 300 évêques présents signèrent un « symbole » (=un accord) comportant le credo encore en usage aujourd'hui dans la plupart des Églises. Constantin se chargea d'appliquer les décisions du concile de Nicée en faisant chasser de leurs sièges les évêques « ariens » (on dit aussi « homéens ». Ceux qui ont accepté le credo sont appelés « orthodoxes », « nicéens » ou « homoousiens »). Mais, à la fin de sa vie, Constantin se rapprocha des ariens et c'est leur chef, Eusèbe de Nicomédie, qui organisa son baptême, sur son lit de mort.

NB : Il était courant, à l'époque, qu'on – les dirigeants et les militaires, en particulier – ne reçoive le baptême qu'au dernier moment de sa vie : cela donnait l'impression qu'on serait immanquablement sauvé, et cela laissait libre, aussi, pour accomplir entre-temps des actes peu conformes à la morale chrétienne, mais nécessaires à la fonction qu'on occupait.

Il est considéré comme saint par les orthodoxes, pour avoir fait du christianisme la religion officielle de l'Empire.