Se dice que estos mártires eran oficiales del ejército romano en la frontera de Siria. Sergio era el comandante de la escuela de reclutas y Baco era su subalterno. Ambos gozaban del favor del emperador Maximiano, hasta que un día éste cayó en la cuenta de que, cuando iba al templo de Júpiter a ofrecer sacrificios, ambos oficiales se quedaban en la puerta. Inmediatamente los mandó llamar para que tomasen parte en la ceremonia. Como se negasen a ello, ordenó que se les despojase de sus armas y sus insignias militares, que se los vistiese como mujeres y se los llevase así por toda la ciudad. Después, los desterró a Rosafa, en la Mesopotamia, donde el gobernador los mandó azotar tan cruelmente, que Baco murió en el tormento. Su cuerpo fue arrojado a la calle, donde los cuervos lo defendieron de la voracidad de los perros (lo mismo se cuenta de otros santos). San Sergio tuvo que caminar un largo trecho con cuchillas en los pies, hasta el sitio en que fue decapitado. Los martirologios y los escritores antiguos dan testimonio del martirio de estos dos santos, pero los detalles de su muerte no son fidedignos.

El año 431, Alejandro, metropolitano de Hierápolis, mandó restaurar y embellecer la iglesia que se levantaba sobre el sepulcro de san Sergio. En el siglo VI, los muros de dicha iglesia estaban cubiertos de plata. Alejandro gastó mucho dinero en la reconstrucción de la iglesia, de suerte que se molestó cuando, tres años después, Rosafa fue transformada en diócesis e independizada de su jurisdicción. En recuerdo del mártir, la ciudad tomó el nombre de Sergiópolis; Justiniano la fortificó y honró particularmente la memoria de los dos mártires. La iglesia de Rosafa era una de las más famosas del Oriente, Sergio y Baco, junto con los dos Teodoros, Demetrio, Procopio y Jorge, eran los protectores del ejército de Bizancio.

Según Le Bas y Waddington, en Voyage archéologique, vol. III, n. 2124, una iglesia de Siria oriental, dedicada a San Sergio y San Baco el año 354, es el santuario más antiguo de estos mártires. Sus actas se conservan en griego y en sirio. Véase Analecta Bollandiana, vol. XIV (1895) , pp. 373-395. Delehaye, Origines du culte des martyrs (1933), pp. 210-212, hace notar que no sólo las múltiples iglesias consagradas a San Sergio y San Baco dan testimonio de la extraordinaria popularidad de su culto en el Oriente, sino también la frecuencia con que el nombre de Sergio se encuentra en aquellas regiones (sin embargo, la popularidad del nombre en Rusia se debe, sobre todo, a San Sergio de Radonezh).