Fu il nono vescovo di Milano ed è ricordato da sant’Atanasio d’Alessandria e da sant’Ambrogio come il più fermo avversario dell’eresia ariana. Non sappiamo se Eustorgio partecipò ai due Concili che si tennero a Milano nel 345 e 347, che si caratterizzarono appunto per la loro azione antiariana, perché non conosciamo il periodo del suo episcopato. Si sa per certo che nel 343 fu Protasio a partecipare al Concilio di Sardica, come vescovo di Milano, e Protasio morì prima del 355, anno in cui venne esiliato il suo immediato successore Dionigi. Eustorgio appartiene al gruppo dei quattro vescovi milanesi – Eustorgio, Dionigi, Ambrogio, Simpliciano – che furono subito venerati nel culto pubblico. È a lui che viene attribuita la costruzione della basilica a cinque navate, nota poi come Chiesa di santa Tecla, ricordata da sant’Ambrogio come basilica “nova” .
Altre notizie su sant’Eustorgio non ci sono pervenute. Una leggenda, pare del secolo XI, narra che dopo essere stato eletto vescovo, si recò a Costantinopoli dall’Imperatore per ottenerne l’approvazione. Insieme al consenso, ebbe in dono un enorme sarcofago contenente i corpi dei Magi. Tornato a Milano, collocò l’arca marmorea nella basilica da lui fatta costruire presso il luogo del fonte battesimale della primitiva comunità cristiana (zona di porta Ticinese).
Le reliquie dei Magi, dopo la distruzione di Milano nel 1162, furono traslate a Colonia da Rinaldo, vescovo di quella città. Secondo la tradizione, sant’Eustorgio morì il 18 settembre di un anno imprecisato e fu sepolto nella basilica che ancora oggi porta il suo nome.