Grzegorz pochodził ze znamienitego rzymskiego rodu patrycjuszów Anici (Anicjuszów) o chrześcijańskich tradycjach – jego pradziadkiem był papież Feliks III  (V wiek), a krewnym papież Agapit I (VI wiek). Wśród potomków rodu znaleźli się też cesarze zachodniego imperium. Trzy ciotki były zakonnicami, a ojciec, w którego ślady poszedł przyszły papież, wysokim urzędnikiem senatu. Wykształcenie w dialektyce, retoryce i gramatyce pozwoliły Grzegorzowi na zajęcie wysokiego urzędniczego stanowiska. Jako praefectus urbi był odpowiedzialny w Rzymie za dostawy żywności, opiekę nad młynami, ale też drogami i akweduktami. Po śmierci ojca zrezygnował jednak z dalszej kariery i w wieku 35 lat postanowił gruntownie zmienić swoje życie. Wstąpił do zakonu św. Benedykta, a odziedziczone dobra na wzgórzu Celio przeznaczył na klasztor dla dwunastu mnichów. Tam też, na zboczu wzgórza z widokiem na Circus Maximus, w miejscu, gdzie kiedyś znajdowała się miejska rezydencja rodu, a dziś stoi kościół San Gregorio Magno, powstała świątynia poświęcona św. Andrzejowi (Sant’Andrea).

Jednakże Grzegorzowi nie było dane mnisie życie spędzane na prostych posiłkach, regularnych modlitwach, czytaniu Pisma Świętego, pracy i śnie. Po czterech latach klasztornego odseparowania papież Pelagiusz II uczynił go swym diakonem i wysłał z poselstwem do Konstantynopola w celu pozyskania wsparcia w walce z zagrażającymi Rzymowi Longobardami. Po sześciu latach służby Grzegorz przybył ponownie do opanowanego przez zarazę Wiecznego Miasta. Pomagał chorym i umierającym, czym zdobył serca rzymian. Opieka nad potrzebującymi była jednym z fundamentów jego światopoglądu, podobnie jak przeświadczenie, że jałmużna jest podstawowym obowiązkiem chrześcijanina – daniną dla Chrystusa. W 590 roku zmarł na dżumę Pelagiusz II i Grzegorz został wybrany, przez kler, senat i lud jednogłośnie na biskupa Rzymu.

Gdy przed bramami miasta stanęli żądni łupów Longobardowie, idąc za przykładem swego wielkiego poprzednika Leona I, wykupił je za 500 funtów złota, zobowiązał się do płacenia rocznego trybutu i uratował je tym samym przed zniszczeniem, zyskując sobie jeszcze większą przychylność rzymian.

Grzegorz I był genialnym organizatorem i niezależnym myślicielem, wyrastającym ponad swoją epokę – wykazywał się zarówno tolerancją, na przykład w stosunku do Żydów, których nie chciał chrzcić na siłę, jak i niezłomnością wobec pogan, którzy wciąż zamieszkiwali tereny byłego imperium rzymskiego (chłosta albo więzienie w zależności od statusu społecznego). Misjonarzy wysyłał na zachód i północ – do Saksów i na Wyspy Brytyjskie, walczył też z wszelkimi odstępstwami od ortodoksyjnej wiary, czyli wyznawcami donatyzmu i arianizmu. Na zwołanym przez siebie w 595 roku synodzie wprowadził reformy Kościoła i biorąc za wzór surową regułę zakonną, pragnął go scentralizować i zhierarchizować. Był zwolennikiem celibatu, ale go nie nakazywał, zabronił natomiast symonii (sprzedawania urzędów kościelnych) i nepotyzmu. Przypisał biskupów do ich diecezji, a te na nowo zorganizował. Wymagał przy tym od księży bezwzględnego posłuszeństwa i karności, a wszelkie przejawy niesubordynacji surowo piętnował.

Podczas trwającego czternaście lat pontyfikatu Grzegorza nastąpiło wzmocnienie wiary mieszkańców Rzymu, ale też umocnienie Kościoła zachodniego, który zyskiwał wiodącą pozycję w świecie chrześcijańskim. Oficjalnie Rzym był miastem należącym do bizantyńskiego cesarza i od niego zależnym, ale Grzegorz widział go jako miejsce spoczynku wielkich apostołów – świętych Piotra i Pawła oraz niezliczonej liczby innych męczenników (prawdziwych lub domniemanych), a także centrum misyjne, którego celem była chrystianizacja najdalszych zakątków świata. Kościół był też w tym czasie jedyną liczącą się w mieście siłą.

Za pontyfikatu Grzegorza poprzez skonsolidowanie należących do Kościoła posiadłości ziemskich (będących zaczynem późniejszego Państwa Kościelnego) oraz pozyskanie pochodzących z nich produktów rolnych udało się zorganizować regularne ich dostawy i zabezpieczyć w ten sposób wciąż nękanych głodem mieszkańców Rzymu. Dochody z tych posiadłości przeznaczone były w jednej części na potrzeby kleru, w drugiej na budowę i utrzymanie kościelnych budowli, trzecia natomiast przeznaczona była na cele charytatywne.

Mając na względzie wzmocnienie wiary, widząc jej erozję i podatność ludu rzymskiego na czary i zabobony, Grzegorz postanowił zaszczepić w Kościele elementy nowej duchowości, dalekiej od intelektualnych spekulacji antycznych Ojców Kościoła i przybliżyć ją w ten sposób szerokiej rzeszy wiernych. W tym celu wprowadził zwyczaj procesji, wspólne odmawianie litanii i obowiązkowe uczestnictwo w mszach. On też był pomysłodawcą odprawiania mszy (30 mszy gregoriańskich) za zmarłych, których celem było wybawienie pokutującej duszy. Innym ważnym elementem scalającym wiernych było przeświadczenie o cudowności relikwii. Nie należy zapominać, że to właśnie one stanowiły siłę przyciągającą do Rzymu pielgrzymów, nic więc dziwnego, że wiarę w nie Kościół i sam papież podtrzymywał i popierał.

W swoich pismach sporo uwagi poświęcił też Grzegorz sprawom cielesności i to jego nauczanie na wieki zabarwiło katolicką moralność – za grzech największy (gorszy od sodomii i kazirodztwa) zaczął być uważany na przykład stosunek przerywany, grzeszne było też współżycie seksualne niemające na celu prokreacji czy onanizm. Papież zajmował się również seksualnością duchownych, próbując rozwikłać sprzeczność pomiędzy akceptacją współżycia seksualnego księży, którego jedynym celem miała być prokreacja, a krytyką wielodzietnych rodzin, jakimi księża otaczali się w tym czasie. Jedynym rozwiązaniem był wspomniany celibat, ale czas na jego wprowadzenie, co zresztą sugerował już poprzednik Grzegorza, jeszcze nie nadszedł.

W ostatnich latach życia Grzegorz chorował na podagrę. Po śmierci jego zwłoki złożono w bazylice św. Piotra (San Pietro in Vaticano), a jego miejsce spoczynku zdobi inskrypcja Consul Dei (Konsul Boga). Przypisywany mu tron biskupi, na którym wedle legendy zasiadał, znajduje się natomiast w kościele San Gregorio Magno.

Po kanonizacji Grzegorza, która nastąpiła niedługo po jego śmierci, przez stulecia tworzone były jego wizerunki, poświęcano mu kaplice i kościoły. Jednym z pierwszych przedstawień papieża była jego mozaikowa postać w kościele Sant’Agnese fuori le mura, powstała już w VIII wieku, ufundowana przez jego wielkiego wielbiciela – papieża Honoriusza I.

Za pontyfikatu Grzegorza I nie powstał żaden nowy kościół, a jedynym jego przedsięwzięciem budowlanym była modernizacja wnętrz bazyliki watykańskiej oraz bazyliki św. Pawła za Murami (San Paolo fuori le mura), tak aby udostępnić pielgrzymom wygodny i sprawny dostęp do relikwii apostołów męczenników.

Natomiast pod koniec VI wieku u podnóża Palatynu powstał kościół Santa Maria Antiqua zbudowany przez Justyniana, cesarza imperium wschodniego, dla jego rezydujących wówczas w Rzymie przedstawicieli. Ozdobiono go bizantyńskimi malowidłami, przypominającymi te znajdujące się w Konstantynopolu. Dziś, przywrócony niejako do życia, wspaniale odrestaurowany, jest jedną z atrakcji Forum Romanum, a zarazem jedynym kościołem z czasów wczesnego średniowiecza, jaki możemy w Rzymie zobaczyć w jego oryginalnej formie.

Swoją posiadłość Grzegorz przeznaczył na oratorium i klasztor. Z kompleksu licznych budynków i zabudowań gospodarczych do naszych czasów przetrwały trzy – przebudowane w XVII wieku:

• Oratorium Santa Silvia poświęcone matce papieża Grzegorza I – św. Sylwii; w jego absydzie znajduje się fresk Guido Reniego (Koncert aniołów)
• Oratorium Sant’Andrea – z malowidłami Guido Reniego i Domenichina
• Oratorium Santa Barbara – tu według legendy na kamiennym stole papież wraz ze swoją matką miał codziennie rozdawać pożywienie biednym; na ścianach oratorium znajdują się sceny ukazujące epizody z życia papieża Grzegorza autorstwa Antonia Vivianiego (1607)

Rzymianie powiązali z papieżem Grzegorzem wiele legend i cudownych wydarzeń. Jedno z nich odnosi się do mauzoleum Hadriana. W czasie zarazy papież miał zorganizować procesję pokutną. W jej trakcie nad budowlą ukazał się Michał Archanioł z mieczem, dając tym samym znak, że zaraza ustąpiła. Od tego czasu mauzoleum nazwane zostało zamkiem św. Anioła (Sant’Angelo). To cudowne wydarzenie obrazuje jeden z fresków znajdujących się na dziedzińcu kościoła San Gregorio Magno.