Nada se sabe sobre a origem e a primeira parte da vida de Santo Eusébio. A história começa a registrar sua existência por volta do ano 361, quando já era bispo de Samosata ,Quando teve início a perseguição de Valente, Santo Eusébio, não satisfeito em proteger os seus próprios fiéis da heresia, empreendeu, de maneira incógnita, várias viagens para a Síria e Palestina para fortalecer a fé dos católicos, ordenar sacerdotes e ajudar aos bispos ortodoxos a nomear verdadeiros e dignos pastores para ocupar as sedes que ficavam vacantes. Seu extraordinário zelo despertou a animosidade dos arianos e, em 374, o Imperador Valente promulgou uma ordem que o condenava ao exílio em Trácia.
Na manhã seguinte, quando alguns de seu povo perceberam que ele tinha partido, saíram em sua busca; alguns, tendo-o encontrado, suplicaram entre lágrimas, para que não os deixasse. Ele também chorou muito diante das manifestações de afeto daquelas pessoas, mas explicou-lhes que era necessário obedecer as ordens do imperador, exortando-os a confiar em Deus que tudo seria resolvido satisfatoriamente a seu tempo. Seus fiéis, numa demonstração de fidelidade ao seu bispo, recusaram-se a qualquer contato com os dois bispos arianos que ocuparam a sede durante seu exílio.
A morte de Valente, em 378, pôs fim à perseguição e Santo Eusébio que pode então retornar à sua sede e ao seu povo. Os sofrimentos do exílio em nada diminuíram seu zelo e piedade. Graças aos seus esforços, restabeleceu, em toda a sua diocese, a unidade ortodoxa, e as sedes vizinhas foram ocupadas por prelados ortodoxos. Santo Eusébio estava visitando a cidade de Dolikha para lá instalar um bispo, quando uma mulher ariana, escondida no telhado de uma casa, atirou-lhe uma pesada pedra sobre a sua cabeça. O golpe que recebeu foi fatal e, como conseqüência, morreu alguns dias depois, tendo a promessa de seus amigos de que não reagiriam perseguindo ou castigando sua agressora.