Sylwester był z pochodzenia Rzymianinem, urodził się za panowania papieża św. Marcelego lub nawet wcześniej. Jego ojcem był prawdopodobnie kapłan Rufin (w tym czasie duchowieństwa nie obowiązywał jeszcze ścisły celibat). O jego dzieciństwie, młodości i wykształceniu nic nie wiadomo. Kiedy prześladowanie dioklecjańskie ze szczególną wrogością odnosiło się do ksiąg świętych w Kościele i nakazało je niszczyć, właśnie Rufin przechowywał w tajemnicy księgi liturgiczne i Pismo święte, należące do Kościoła w Rzymie.
Sylwester wstąpił na tron papieski po św. Milcjadesie w styczniu 314 roku. Zasiadał na nim bardzo długo – przez 21 lat. Po edykcie mediolańskim kończącym erę prześladowań chrześcijan w cesarstwie rzymskim podjął organizację kultu Bożego. Duchowieństwo chrześcijańskie zwolniono od pełnienia publicznych funkcji pozakościelnych, decyzje sądów biskupich obowiązywały chrześcijan w poszczególnych okręgach, a niedzielę uznano oficjalnie za święto państwowe.
Za pontyfikatu Sylwestra odbył się pierwszy sobór powszechny w Nicei (325). Ze względu na podeszły wiek papież nie uczestniczył w nim osobiście – wysłał tam jednak swoich legatów, a następnie na synodzie w Rzymie zatwierdził uchwały tego soboru. Przyjęto tam m.in. wyznanie wiary, które recytujemy w czasie Mszy świętych oraz ogłoszono dogmat o boskości Syna i Jego równości z Ojcem. Ujednolicono obchodzenie świąt Wielkanocy w całym Kościele. Ogłoszono 20 kanonów prawa kościelnego, które obejmowały uprawnienia jurysdykcyjne biskupów Rzymu oraz określały sposób wybierania biskupów. Gdy Konstantyn Wielki ufundował bazyliki św. Jana na Lateranie i św. Piotra na Watykanie, Sylwester I dokonał obrzędu uroczystej konsekracji obu świątyń. Odtąd każda świątynia była konsekrowana w podobny sposób. Według legendy to właśnie św. Sylwester pozyskał dla wiary matkę Konstantyna Wielkiego – św. Helenę.
Zmarł 31 grudnia 335 r. Data ta wydaje się pewna, gdyż spotykamy ją w najdawniejszych dokumentach. Jego święto obchodzi się od V wieku – Grecy obchodzą je 2 stycznia. Śmiertelne szczątki papieża spoczęły w katakumbach św. Pryscylli, gdzie w VII wieku wystawiono ku jego czci bazylikę. Obecnie relikwie św. Sylwestra I znajdują się niedaleko miasta Modena. Sylwester jest patronem tego miasta i diecezji, która ma w tym mieście swą stolicę. Jest także patronem zwierząt domowych, wzywany bywa w modlitwie o dobre zbiory paszy, a także o szczęśliwy i pomyślny nowy rok. Dzień św. Sylwestra jest ostatnim dniem w roku kalendarzowym. Dlatego w kościołach urządza się wieczorem specjalne nabożeństwo dziękczynno-ekspiacyjno-błagalne. Duszpasterze zdają wiernym sprawozdania z całorocznej pracy w parafii. Znane są także w całym świecie „zabawy sylwestrowe”, czyli „Sylwestry”.