Po 40-dniowym więzieniu, skazano ją na śmierć męczeńską. Mając 13 lat, została ubiczowana i cudownie uzdrowiona, została utopiona z kotwicą u szyi w wodach Tybru, po czym znowu ocalona. Kilkakrotnie przeszyta gradem strzał przez oddział łuczników – ponownie uzdrowiona. Ostatecznie ścięto ją katowskim toporem 10 sierpnia 302 w piątek o godz. „trzeciej”.
Dzień obchodów Wspomnienie liturgiczne obchodzono oficjalnie 11 sierpnia do 1961, kiedy to Instrukcja Świętej Kongregacji Obrzędów o rewizji kalendarzy partykularnych oraz Propriów Oficjów i Mszy zgodnie z zasadami i intencją Kodeksu Rubryk, promulgowanego rok wcześniej w Motu Proprio Rubricarum instructum przez św. Jana XXIII, nakazano usunięcie jej wspomnienia z kalendarza liturgicznego (łac. Festum... S. Philomenae... a quolibet calendario expungatur).
Wykreślenie świętego z kalendarza liturgicznego nie oznacza pozbawienia świętego świętości, „bowiem, kto raz został uznany za świętego i wpisany do Martyrologium, pozostaje świętym na zawsze, chociażby wypisano go ze wszystkich kalendarzy liturgicznych na całym świecie”Kult św. Huberta na wiadomości24.pl (z wypowiedzi ks. Arkadiusza Noconia z rzymskiej Kongregacji Kultu Bożego) [opublikowano: 2009-11-02].