Le 24 mai 1802, alors qu’on recherchait des tombes de martyrs romains dans les Catacombes de Priscilla, on découvrit un tombeau : sur les dalles étaient peints en rouge plusieurs emblèmes : une ancre (symbole d'espérance et de martyre), une palme (symbole du triomphe des martyrs), deux flèches, orientées vers le haut et le bas, ainsi qu'une lance et un lys. Une inscription est prise pour le nom de la personne enterrée, « Filumena », transcrit en Philomène.

Les restes sont apportés à Mugnano del Cardinale près de Naples en 1805 et font l'objet d'une vénération importante. Plusieurs miracles leur sont attribués, comme la guérison de Pauline Jaricot en 1835.
Le curé d'Ars attribue à son intercession des guérisons miraculeuses, que d'autres attribuent à sa propre intervention.

Selon la légende, Philomène serait une Martyre de l’empereur Dioclétien qui la désirait. Se refusant à lui, elle a d’abord été flagellée, puis jetée dans le Tibre attachée à une ancre. Sauvée par les anges, elle sera rattrapée et criblée de flèches mais restera vivante. Elle mourra finalement décapitée.

Jean-Marie Vianney avait rencontré plusieurs fois Mademoiselle Pauline Jaricot. Après sa guérison spectaculaire, et son retour en France, Pauline donna un morceau de la grande relique qu'elle avait rapportée de Rome au Curé d'Ars. Selon elle, Philomène pouvait permettre au curé d’obtenir tout ce qu’il lui demanderai.
C’était le début d’une relation privilégiée entre le prêtre et la Sainte. Quelle que soit la faveur demandée par le curé, cette dernière était exaucée par Philomène. Les miracles se succédèrent les uns après les autres. Jusqu’à cette année 1843 où le saint homme, frappé d’une fluxion de poitrine, en bénéficia personnellement. Alors qu’il avait reçu les derniers sacrements et qu’une messe à sa Sainte se disait pour lui, le curé d’Ars entra dans un étrange sommeil. Il murmura le nom de sa protectrice encore et encore. Peu après, il se réveilla complètement guéri.