生、卒于意大利罗马。出身于贵族家庭。30岁就任罗马行政长官。由于信仰，他把自己的家变成了一座修道院。585年在君士坦丁堡担任7年教皇代表后返回罗马，成为教皇贝拉基二世的顾问。590年被选为教皇。在任教皇期间，他通过统一米兰教会，参加属于罗马教会的前阿里乌教派（基督教历史上被视为异端的派别）西班牙教会，并把传教士送往盎格罗-撒克逊地区，从而巩固了罗马教会的权势。这样他也大大扩张了自己的权限而相当于皇帝。他是一位有成就的行政官和组织者，同时还写了许多有影响的神学著作，如对《圣经·旧约》中约伯评论等。

传统上认为，格里高利一世在圣灵的吩咐下创作了整个礼拜仪式的圣咏，中世纪手抄本的绘画上也常常画有他在写作或口授音乐。事实是格里高利一世在595年曾发出敕令，要求助祭不要演唱仪式圣咏，他认为这些圣咏是“赞美诗和功课”，因此应该主要考虑它们的歌词。后来他又仿照拜占廷方式在罗马仪式中进行了一些革新，并成立或重组了教皇唱诗班。到8世纪，他被认为编纂了《格里高利圣礼书》（主教或神父在弥撒中的祈祷词）。后来有的主教把应答书和弥撒书的作者都归之于他。8世纪下半叶以后，圣咏逐渐被记下谱来，形成一本乐谱，作曲者被认为是格里高利一世。这种传说主要来自9世纪，人们借助格里高利一世教皇的权威性，使圣咏以格里高利圣咏的名称而广泛传播。