Kierował Kościołem przez stosunkowo długi okres dwudziestu jeden lat (314 - 335). Mimo to, nieznana jest dziś jego wiarygodna biografia sporządzona przez kogoś z jemu współczesnych. Zachowały akta, które do historii tego okresu wniosły więcej zamieszania niż wyjaśnienia prawdy historycznej. Według nich oraz późniejszych przekazów i legend matką Sylwestra była Justa, ojcem - kapłan Rufin, a wychowawcą niejaki Cyrynus. "Złota legenda" (Jakuba de Uoraigne'a) przedstawia go jako człowieka, który: "odznaczał się anielskim wyglądem, piękną mową, czystością życia, świątobliwością uczynków trafnością rad, wiarą prawdziwie katolicką, cierpliwością pełną nadziei i szczodrością w miłosierdziu".

Skarbu nie było, więc Sylwestra wtrącono do więzienia. Przed aresztowniem uprzedził on jednak prefekta, by tego nie czynił bo zginie w nieludzkich męczarniach. Tarkwiniusz zlekceważył prorocze słowa i beztrosko udał się na ucztę. Podczas biesiadowania ość z ryby utknęła mu tak niefortunnie, iż w żaden sposób nie mógł jej przełknąć, ani wyrzucić z siebie. Targany straszliwym bólem skonał o północy. To co najbardziej znaczące w historii przedstawień papieża Sylwestra to relacja między nim, a wspomnianym cesarzem Konstantynem. Według legendy chory na trąd cesarz, za namową kapłanów, zapragnął uzdrawiającej kąpieli w świeżej i ciepłej krwi 3 tysięcy niewinnych dzieci. Nim do tego doszło Konstantynowi we śnie ukazali się św. Piotr i Paweł, którzy wskazali Sylwestra jako jedynego, mogącego przynieść ratunek w cierpieniu. Biskup wezwany przed oblicze władcy zanurzył go trzykrotnie w sadzawce i całkowicie wyleczył z trądu.

Cud ten miał spowodować nawrócenie cesarza i wydanie licznych praw dla chrześcijan, w tym dekretu o pełni władzy biskupa rzymskiego nad innymi biskupstwami. Niestety przytoczona legenda pochodzi dopiero z V wieku i nie znajduje potwierdzenia w faktach. Okazała się natomiast pomocna autorom słynnego "Donatio Constantina", tj. sfałszowanego dokumentu powstałego między 750 a 850 rokiem w kancelarii papieża Stefana II lub Pawła I. Tekst zawarty w nim wskazuje przeniesienie przez cesarza prymatu świata zachodniego na papieża Sylwestra I. Na tej podstawie uzasadniano średniowieczne roszczenia papiestwa do władzy. W tym też dokumencie Pałac Laterański określono jako dar dla papieża, a Kościół Zbawiciela na Lateranie jako "głowa i oś wszystkich kościołów na całym ziemskim kręgu".

W późnym średniowieczu i renesansie atrybutem świętego stał się złoty parasol oraz księga, akcentująca autorytet papieski. Papieża Sylwestra można też spotkać stojącego przy budowli kościoła (symbolu bazyliki laterańskiej), jadącego konno, bądź w towarzystwie byka lub smoka. Smok - uosobienie zła i szatana, został przez Sylwestra poskromiony w rzymskiej gronie na Kapitolu. Tam biskup związał nicią paszczę potwora i opieczętował pierścieniem ze znakiem krzyża. Z kolei dzikiego byka, uprzednio zabitego zaklęciem żydowskiego uczonego, wskrzesił do życia, dając tym dowód na moc Bożą, która nie uśmierca lecz daje istnienie. Choć to tylko legendy; wymowa i płynące z nich przesłania są jasne i zrozumiałe dla wiernych. Pontyfikat Sylwestra I trwał 21 lat (bez jednego miesiąca) i zakończył się w dniu jego śmierci 31 XII335 roku. Szczątki papieża złożono w katakumbach św. Pryscylii, gdzie w VII wieku wzniesiono bazylikę jego imienia. Około roku 756 relikwie przeniesiono do ołtarza głównego kościoła Nonantola,11 km od Modeny; gdzie spoczywają do dziś. Św. Sylwester jest patronem miasta i całej diecezji. Obecnie ma też swój kościół na Kwirynale oraz bogato zdobiony S. Silvestro in Capite. Osoba świętego otoczona jest dużą czcią w Niemczech (szczególnie w  Bambergu) oraz w Kościele Wschodnim.