Nacque probabilmente verso il 180. Secondo il Catalogo Liberiano dei papi, Cornelio regnò due anni, tre mesi e dieci giorni. Tale fonte, per questo tipo di dati, è degna di fede in virtù degli studi effettuati da Giusto Lipsio, Joseph Barber Lightfoot e Adolf von Harnack. Il suo predecessore, Fabiano, fu messo a morte dall'imperatore Decio il 20 gennaio 250, ma si dovette aspettare il successivo mese di marzo quando, grazie all'assenza dell'imperatore, l'intensità della persecuzione diminuì. Per la scelta del nuovo papa sorsero immediatamente due correnti di pensiero contrastanti sulla questione dei lapsi: coloro che erano rimasti saldi nella fede si divisero fra indulgenti e rigoristi verso coloro che, per paura della persecuzione, avevano ceduto ed ora sarebbero voluti tornare in seno alla Chiesa. Infine, a 14 mesi dal martirio di Fabiano, i 16 vescovi convenuti a Roma elessero Cornelio, un alto esponente dell'aristocrazia romana, contro la sua volontà, ma in base «...al giudizio di Dio e di Cristo, alla testimonianza di pressoché tutto il clero, al voto delle persone ivi convenute, al beneplacito dei presbiteri anziani e degli uomini di buona volontà, in un tempo in cui nessuno lo aveva preceduto, quando la sede di Fabiano che è la sede di Pietro, ed il soglio erano vacanti» (san Cipriano, Epistole IV, 24).

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