La vida de Dorotea está narrada en una leyenda hagiográfica, una passio antigua del Martirologio Geronimiano que la describe como "caritativa, pura y sabia".De fe cristiana, cuando el prefecto Sapricio le pidió que ofreciera un un sacrificio a los dioses, se negó y fue torturada.El prefecto la confió a Crista y Calixta, dos hermanas apóstatas, para que la convencieran de que abandonase la religión cristiana, pero ocurrió al contrario: ambas volvieron al cristianismo y fueron por ello quemadas vivas, mientras Dorotea fue condenada a la decapitación.
Por el camino al martirio, encontró a Teófilo, quien le dijo irónicamente: «Esposa de Cristo, mándame manzanas y rosas del jardín de tu esposo».Dorotea aceptó y, antes de la decapitación, mientras rezaba, apareció un niño que le trajo tres rosas y tres manzanas, a pesar de que estaban en el crudo invierno.Ella le pidió que se las llevara a Teófilo, quien, visto el prodigio, se convirtió al cristianismo.
Su conmemoración litúrgica es el 6 de febrero.Es patrona de los floristas y de Pescia, y copatrona de Castro, y tiene como atributo iconográfico una cesta de fruta y flores.
Existen varias congregaciones religiosas devotas a la santa, cuyas monjas se llaman Doroteas.
El convento dedicado a Santa Dorotea en Roma ha sido centro de dos episodios: