Den hellige Theodosios ble født i Garissus i Kappadokia i Lilleasia ca år 423 som sønn av fromme kristne foreldre. Han var ordinert til lektor, men han ble inspirert av Abrahams eksempel ved å forlate hjemland og venner, og bestemte seg for å gjøre det samme. Da han var omkring tretti år, dro han hjemmefra og foretok en pilegrimsreise til Jerusalem. På veien tok han en avstikker for å besøke den berømte hellige Simeon Stylitten. Der fikk han råd om kursen for sitt videre liv. Etter å ha besøkt de hellige stedene i Jerusalem, følte han behov for åndelig veiledning. Derfor oppsøkte han en hellig munk ved navn Longinus og ga seg i hans varetekt. Longinus ble snart svært glad i ham og så snart at hans protesjé var uvanlig from og hengiven. Nær Jerusalem, på veien til Betlehem, hadde en rik kvinne bygd en kirke viet Vår Frue, og hun trengte noen til å ta ansvaret for kommuniteten som var knyttet til den. Longinus visste at Theodosios var den rette til å gjøre dette, men det var nødvendig med et absolutt påbud før han var villig til å ta på seg oppgaven.
Theodosios lengtet egentlig etter å leve alene, så han ledet ikke kommuniteten lenge. I stedet trakk han seg tilbake til en hule på toppen av et fjell i nærheten. Der førte han et strengt botsliv, gråt daglig over sine synder, levde av daddelsteiner og urter og spiste på tretti år ikke ett brød. Men ryktet om hans hellighet og mirakler gjorde at mange menn og kvinner samlet seg rundt ham for å høre på ham og for å tjene Gud som Theodosios' disipler. Han prøvde å redusere antallet, men når det kom til stykket, klarte han ikke å avvise noen. Til slutt skjønte han at han ikke hadde annet valg enn å ta seg av dem alle sammen, og han ga seg til å veilede alle som kom til ham. Den grunnregelen han ga sine disipler, var den evige betraktning av døden. For å tydeliggjøre denne tanken, lot han reise en stor gravstein nær eneboerhytten, slik at alle kunne forberede seg på sin død.
Men på fjellet ble det snart alt for liten plass. Han kom fra Kappadokia og var godt kjent med den hellige Basilios den Store og hans vekt på liv i fellesskap, og det er trolig at han selv var mer trukket mot dette enn et liv som eremitt, selv om dette var mot den generelle åndelige tendensen i samtiden. Derfor bygde han det store klosteret Dêr Dôsi i ørkenen i Juda på et sted som het Cathismus i nærheten av Betlehem og Dødehavet. Det besto av mange små og store huler. Snart var det fylt av munker. Klosteret selv var som en by av helgener midt i ørkenen, og der hersket det orden, stillhet, velgjørenhet og fred. Den tiden som ikke var satt av til bønn og hvile, ble tilbrakt med manuelt arbeid, og dermed foregrep han den hellige Benedikts prinsipp.
Flere hundre munker levde snart der under Theodosios' ledelse, og han delte dem opp etter nasjonalitet: grekere, armenere og arabere, og han bygde en kirke for hver gruppe. Der ble ordets liturgi feiret på de tre språkene, og etterpå feiret man sammen eukaristien på gresk. I tillegg var det en fjerde kirke for dem som gjorde bot eller frisknet til etter mental sykdom. Theodosios knyttet også tre store sykehus til klosteret. Ett var for de gamle, et for de fysisk syke og et for de mentalt syke - en tilstand mange ser ut til å ha påført seg selv gjennom overdreven askese. I Theodosios' kloster ble ingen noensinne avvist uten et måltid og stor gjestfrihet - uansett hvor lite munkene selv hadde å spise.
I 493 gjorde patriark Sallust av Jerusalem den hellige Sabas til arkimandritt (generalabbed) over alle munkene i Palestina som levde i egne eneboerceller (eremitter, anakoreter), og Theodosios av Betlehem til arkimandritt for alle dem som levde i fellesskap (cenobitter) med tittel cenobiark. Derfor kalles han oftest Theodosios Cenobiarken. De to hellige levde i harmoni med hverandre, til tross for de forskjellige tradisjonene de representerte.
Den bysantinske keiser Anastasios (491-518) støttet det monofysittiske kjetteri som ble forkynt av Eutykios (død 454), og han prøvde med alle midler å få Theodosios over på sin side. I 513 avsatte Anastasios patriark Elias av Jerusalem som han året før hadde blitt overtalt til å forvise Flavian II av Antiokia, og på patriarksetet i Jerusalem satte han Severus, som bekjente en mild form for monofysittisme. Theodosios og Sabas støttet rettighetene til Elias og hans etterfølger Johannes, som imidlertid var villig til å gjøre visse innrømmelser overfor Severus. Da tvang Theodosios og Sabas ham, mens de sto på hver sin side av ham, til å komme med en høytidelig erklæring som fordømte både Eutykios og Severus. Da fant de keiserlige offiserene det best å avbryte sine aksjoner, tatt i betraktning den store autoriteten de to arkimandrittene hadde skaffet seg gjennom sin fromhet. Snart etter sendte Anastasios Theodosios en betydelig sum penger, tilsynelatende for å brukes til velgjørenhet, men i virkeligheten for å få cenobiarken over på sin side. Theodosios aksepterte gaven og delte ut pengene blant de fattige.
Anastasius var nå sikker på at Theodosios var så godt som vunnet over til hans syn, og sendte ham en kjettersk trosbekjennelse hvor Kristi to naturer, den guddommelige og den menneskelige, var smeltet sammen til en, og han ba Theodosios underskrive. Men keiseren fikk et svar tilbake fullt av apostolisk ånd, hvor Theodosios skrev at heler ville dø sammen med alle sine sønner enn å gi opp sannheten. Dette gjorde inntrykk på keiseren, og en tid var han mer fredsommelig. Men snart fornyet han sitt forfølgelsesedikt mot de ortodokse og sendte tropper over alt for å sette det ut i livet. Da han hørte om dette, reiste Theodosios over hele Palestina og formante alle til å stå fast i troen fra de fire økumeniske konsilene, inkludert Kalkedon i 451, som definerte Kristi to naturer, og han truet med å bannlyse alle som ikke holdt like mye fast ved denne tro som ved de fire evangeliene. Keiseren sendte ordre om at han skulle landsforvises, og ordren ble utført.
Men keiseren døde like etter, i 518, og Theodosios ble kalt tilbake av hans etterfølger Justinos, som var mer velvillig stemt overfor den romerske kirken. Han var nå 95 år gammel. Han hadde gjort mye for å gjøre Palestina til et tilfluktssted for kalkedonsk ortodoksi, og også for å gjennomføre de monastiske reglene i konsilets kanon 28, som påla munker stabilitet og å sette alle grunnleggelser under lokal kirkelig kontroll.
I sitt siste leveår var Theodosios plaget av en smertefull sykdom, men han ga bevis på heroisk tålmod og overgivelse til Guds vilje. Han døde den 11. januar 529 ved Betlehem i den høye alder av 105 år, noe som er godt dokumentert. Patriark Peter av Jerusalem og hele landet var til sted ved hans begravelse, som ble beæret med mirakler. Han ble gravlagt i sin første celle, som ble kalt Vismennenes hule, for det ble sagt at de tre vise menn som kom for å finne Kristus like etter hans fødsel, hadde slått leir i den. Hans berømmelse spredte seg, og mange mirakler ble tilskrevet hans forbønn, inkludert en militær seier over perserne. Ved utgravninger i 1900 fant mann i Vismennenes hule flere gravnisjer, og med all sannsynlighet er en av dem den til da ukjente graven til Theodosios.
Theodosios' minnedag er 11. januar. Hans navn står i Martyrologium Romanum. Han fremstilles med pengebøsse og timeglass fordi han var ubestikkelig og hele livet hadde døden for øye. Den eldste fremstillingen av ham finnes på et ikon fra 700-tallet i Katarinaklosteret på Sinaifjellet.