Ο Άγιος Θεόδωρος γεννήθηκε το έτος 1774 στο Νεοχώριο του Βυζαντίου, έτσι του προσδόθηκε και το προσωνύμιο Βυζάντιος. Οι γονείς του ονομάζονταν Αναστάσιος και Σμαραγδή και είχε άλλα δυο αδέρφια, τον Αντώνιο και τον Γεώργιο. Οι γονείς του ήταν θεοσεβούμενοι άνθρωποι, που φρόντισαν για τη χριστιανική ανατροφή των παιδιών τους, από την στιγμή πλέον ότι, ο ένας αδελφός του αγίου Θεοδώρου, ο Γρηγόριος, έγινε επίσκοπος Αδριανουπόλεως.
Ο Θεόδωρος από πολύ μικρή ηλικία θέλησε να γίνει ζωγράφος και γι’ αυτό ήλθε σαν μαθητής κοντά σε ξακουστό χριστιανό ζωγράφο, που δούλευε στο παλάτι του σουλτάνου Μαχμούτ στην Κωνσταντινούπολη. Παρά την ευσεβή παιδεία του και την εντρύφηση του στις Γραφές και την προσευχή που είχε από νεαρά ηλικία, τα πλανερά θέλγητρα των κοσμικών απολαύσεων και της τρυφής τον οδήγησαν να αρνηθεί τον Χριστό και να ασπασθεί το Ισλάμ.
Μετά από τρία χρόνια σαρκικού και επιπόλαιου βίου στην αυλή του Σουλτάνου, μια τρομερή επιδημία που σκόρπισε τον θάνατο σε ανθρώπους κάθε κοινωνικής τάξης, μέχρι και του σουλτανικού περιβάλλοντος, τον έκανε να συναισθανθεί τη ματαιότητα των απολαύσεων του κόσμου τούτου.
Έτσι λοιπόν, αφού επανήλθε στον εαυτό του, με την πρώτη ευκαιρία έφυγε κρυφά από το παλάτι μεταμφιεσμένος. Στην συνέχεια συγκαταλέχθηκε στην Εκκλησία δια του χρίσματος του αγίου Μύρωνος και έπειτα πήρε το πλοίο για την Χίο, όπου πέρασε για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα υπό την καθοδήγηση ενός πνευματικού γέροντα.
Οι επανειλημμένες εξομολογήσεις, η μετάληψη των αχράντων Μυστηρίων και η ανάγνωση των άθλων των Νεομαρτύρων, όπως του Αγίου Πολυδώρου (3 Σεπτ.), τον οδήγησαν στην σθεναρή απόφαση απόφαση να σφραγίσει την μετάνοια του χύνοντας κι ο ίδιος το αίμα του για τον Κύριο.
Από τη στιγμή που υπερνίκησε με μεγάλους αγώνες τον πειρασμό να εγκαταλείψει την αγία απόφασή του, μετέβη στη Μυτιλήνη μαζί με έναν αδελφό, ο οποίος διαπνεόταν από θεοσεβή ζήλο και είχε ήδη χρηματίσει βοηθός του αγίου Πολυδώρου. Φόρεσε την μουσουλμανική ενδυμασία και την Πέμπτη της πρώτης εβδομάδας της Μεγάλης Τεσσαρακοστής, παρουσιάσθηκε στον δικαστή και ομολόγησε με φλόγα την μεταστροφή του, ποδοπατώντας το πράσινο σαρίκι που είχε πετάξει καταγής.
Έκπληκτος αρχικά, ο δικαστής, παίρνοντάς τον για τρελό, τον έριξε στην φυλακή, αλυσοδεμένο, αφήνοντας ελεύθερους τους δεσμοφύλακες να τον μαστιγώνουν ή να τον προπηλακίζουν όπως ήθελαν. Την επόμενη μέρα αφού παρουσιάσθηκε εκ νέου ενώπιον του δικαστηρίου, οδηγήθηκε πάλι στη φυλακή και δέχθηκε τριακόσιους ραβδισμούς στα πόδια. Έπειτα άφησαν την πόρτα ανοιχτή για να μπορεί ο οποιοσδήποτε να έρχεται ελεύθερα να τον κτυπά. Έβλεπε τότε κανείς μέχρι και δεκαπέντε μουσουλμάνους να ξυλοκοπούν με λύσσα τον άγιο μάρτυρα, ο οποίος υπέμεινε τα κτυπήματα αγόγγυστα, λέγοντας μόνο με πνιγμένη φωνή: «Είμαι χριστιανός!» Εν συνεχεία στερέωσαν στους κροτάφους του δύο τούβλα που έσφιγγαν τόσο δυνατά με ένα σχοινί, ώστε τα μάτια του έβγαιναν από τις κόγχες τους. Καθώς ο άγιος επικαλούνταν με δυνατές κραυγές την άνωθεν βοήθεια, τον κτύπησαν στο στόμα με μπαστούνια, σπάζοντας τα δόντια του και αφήνοντάς τον ημιθανή.
Ένας νέος χριστιανός ο Γεώργιος, ο οποίος είχε διαβάσει άπληστα τους άθλους των αρχαίων μαρτύρων, προκάλεσε εκούσια την φυλάκισή του για να μπορεί να παρακολουθεί τους αγώνες του Αγίου Θεοδώρου. Την ώρα που οι Τούρκοι ανέκριναν τον άγιο και τον υπέβαλλαν σε διάφορα μαρτύρια, ο Γεώργιος παρέμεινε στο πλευρό τουμ ασπαζόμενος τα πόδια του και ενθαρρύνοντάς τον με την φωνή του.
Τέλος, βγήκε η απόφαση για την θανατική ποινή και οι δήμιοι ανέσπασαν βιαίως τον άγιο από τα δεσμά του και τον οδήγησαν χτυπώντας τον στον τόπο της θανάτωσης. Αφού ομολόγησε για μια τελευταία φορά τον Χριστό, τον κρέμασαν στην αγχόνη, αλλά το σχοινί έσπασε και ο Θεόδωρος έπεσε στη γη πληγώνοντας τα γόνατά του. Τον ξανακρέμασαν και τέλος έλαβε έτσι τον πολυπόθητο στέφανο του μαρτυρίου.
Επί τρεις ημέρες οι χριστιανοί έτρεχαν από όλα τα μέρη προκειμένου να κόψουν ένα κομματάκι από το ένδυμά του και να το βουτήξουν στο τίμιο αίμα του που δεν σταματούσε να τρέχει από τις πληγές του, ενώ πραγματοποιούνταν πλήθος ιάσεις. Εν συνεχεία ο άγιος Θεόδωρος κηδεύτηκε με ευλάβεια και έκτοτε τιμάται ως ένας από τους προστάτες αγίους της Μυτιλήνης.
