Il suo pontificato coincise con un periodo di pace: l’imperatore Gordiano III (238-244) aveva sospeso la persecuzione dei cristiani e l’imperatore Filippo l’Arabo (244-249) era addirittura un simpatizzante dei cristiani. Così papa Fabiano ebbe la possibilità di dedicarsi alla organizzazione interna della Chiesa.
Il singolare episodio della sua elezione è riportato dallo storico Eusebio: mentre il clero era riunito per eleggere il Papa, una colomba bianca scese dal cielo e si posò sulla testa di Fabiano, un contadino che per caso si trovava a Roma. Questo avvenimento fu interpretato come un segno per indicare la persona scelta dallo Spirito Santo a capo della Chiesa; era il 10 gennaio 236. Un laico, quindi: come riporta il Martirologio Romano, «san Fabiano da laico fu chiamato per grazia divina al pontificato...».
Ottimo amministratore, papa Fabiano divise Roma in sette distretti ecclesiastici e a capo di ciascuno pose un diacono coadiuvato da un suddiacono e da sei giovani assistenti: «Diede così alla Chiesa romana una struttura articolata, più adatta a far fronte all’aumento dei suoi membri», scrive John Kelly nel Grande Dizionario Illustrato dei Papi.
Energico e lungimirante, Fabiano fu un grande Papa, di cui parlarono con ammirazione e rispetto tutti i contemporanei. Il periodo di pace diede inoltre a papa Fabiano la possibilità di accrescere sempre più l’importanza del Vescovo di Roma all’interno della Chiesa, di organizzare meglio i lavori di costruzione dei cimiteri e di adoperarsi per far ritornare a Roma, dalla Sardegna, i corpi di papa Ponziano e dell’antipapa Ippolito.
Nel 250 divenne imperatore Decio, che prese il potere con un programma di rafforzamento interno dell’Impero, contro le invasioni dei Barbari: per l’imperatore Decio, significava tra l’altro il ritorno all’antica religione romana, anche perché l’accresciuta autorità del Vescovo di Roma dava fastidio.
Un decreto stabilì che tutti i sudditi dovevano proclamare solennemente e pubblicamente la loro adesione al paganesimo tradizionale. I cristiani si rifiutarono di compiere questo gesto e vennero nuovamente perseguitati: tra i primi a rifiutare questa imposizione ci fu papa Fabiano, che l’imperatore vedeva come nemico e rivale. Fabiano venne arrestato e lasciato morire di fame e sete in carcere. Fu sepolto nella cripta papale del cimitero di San Callisto: secondo il Martirologio Romano, la sua morte - il dies natalis - cade il 20 gennaio 250, giorno della sua festa.