Den hellige Anatolius ble født i Alexandria i Egypt. Han ser ut til å ha gjort seg bemerket for første gang på det tredje økumeniske konsil i Efesos (i dag ruiner ved Selçuk) i juni 431, hvor han var en frittalende motstander av nestorianerne. Patriark Nestorius av Konstantinopel representerte den antiokiske skolen med sin tendens til å holde Kristi guddommelige og menneskelige naturer fra hverandre, mens den alexandrinske skolen hevdet deres dynamiske enhet. På konsilet i Efesos ble tilhengerne av Nestorius («den nye Judas») fordømt. Nestorius ble avsatt og ekskommunisert og mistet også støtten fra hoffet.
Før dette kan Anatolius ha vært sendt av den hellige Kyrillos av Alexandria for å være hans representant ved det keiserlige hoffet i Konstantinopel. Det kan forklare hvorfor han ble utnevnt til ny patriark av Konstantinopel i 449 etter den hellige Flavian, som hadde dødd som resultat av skadene han fikk på «røversynoden» i Efesos i 449. Anatolius ble konsekrert av Dioskur av Alexandria, en monofysittisk biskop som håpet på hans støtte, og dette sammen med omstendighetene rundt hans utnevnelse fikk noen til å tvile på hans ortodoksi.
Den hellige pave Leo I den Store (440-61) sendte legater for å prøve å finne ut om denne tvilen var berettiget eller ikke, og derfor arrangerte Anatolius en synode for å bevise sin ortodoksi. Den aksepterte formelt pavens lærebrev Tome som var sendt til patriark Flavian og sluttet seg klart til den ortodokse lære om Inkarnasjonen, med spesiell referanse til Kristi to naturer. Etter synoden sendte Anatolius vedtakene til sine metropolitterkebiskoper for å få deres aksept. Han håpet at dette ville bidra til å gi ham pavens aksept og anerkjennelse som Flavians legitime etterfølger. Paven hadde imidlertid fortsatt reservasjoner siden Anatolius hadde akseptert å bli konsekrert av en kjetter, men til slutt gikk han med på å anerkjenne ham, «mer av nåde enn av rettferdighet».
Anatolius spilte en fremtredende rolle på det fjerde økumeniske konsil i Kalkedon i 451, som definerte troen i henhold til pave Leos lære og som også avsatte Dioskur av Alexandria. Mot de pavelige legatenes ønske erklærte konsilet at patriarksetet Konstantinopel hadde nest høyest rang i Kirken etter Roma, og at dets biskop skulle ha en tilsvarende presedens som patriark. Leo motsatte seg dette dekretet fordi både Alexandria og Antiokia kunne kreve forrang fremfor Konstantinopel. Anatolius skrev personlig til paven for å fremme sin sak, men fikk til svar: «En katolikk, spesielt hvis han er en prest for Herren, må like lite korrumperes av ambisjoner som å være involvert i vranglære».
Anatolius hjalp den hellige Daniel stylitten og ble angivelig helbredet for alvorlige sykdommer ved Daniels bønner. Han døde den 3. juli 458, og hans død har lenge blitt betraktet som et mulig mord utført av lokale kjettere. Ingenting er kjent om hans privatliv, og hans offentlige liv er noe tvetydig for en som hevdes å være helgen. Da den ærverdige kardinal Cesare Baronius (1538-1607), lærd oratorianer og kirkehistoriker, reviderte Martyrologium Romanum på slutten av 1500-tallet, fordømte han Anatolius for måten han ble valgt til patriark på, for hans ambisjoner, for å lukke øynene for kjetteri og av andre grunner. Men Bollandistene har renvasket ham og hans kult har alltid vært sterk blant bysantinske katolikker i øst. Hans minnedag er dødsdagen 3. juli.