Sprawując tę funkcję otrzymał od apostoła dwa listy pasterskie, będące swego rodzaju instrukcjami dla „pasterzy” Kościoła.

Tradycja głosi, że Tymoteusz miał ponieść śmierć męczeńską za panowania Trajana z rąk rozjuszonego tłumu pogańskiego, który rzucił się na biskupa i pobił go na śmierć, kiedy ten publicznie zaprotestował przeciwko krwawym igrzyskom. Martyrologium Rzymskie podaje jeszcze inną wersję: biskup miał występować przeciwko czci pogańskiej bogini Diany, która w Efezie miała swoje sanktuarium. Możliwe, że obie przyczyny były powodem jego śmierci około roku 97. Dlatego do roku 1969 św. Tymoteusz był w Kościele wspominany jako męczennik. Od ostatniej reformy liturgicznej Kościół wspomina go w liturgii jako wyznawcę w przekonaniu, że nie spędził on ostatnich chwil życia jako męczennik, choć wcześniej musiał wiele wycierpieć dla sprawy Chrystusa.

Kult W 356 r. relikwie Tymoteusza przeniesiono do Konstantynopola i złożono w Kościele Świętych Apostołów. W XII wieku krzyżowcy wywieźli je do włoskiego miasta Termoli. Zamurowane, zostały odnalezione w 1945. Tymoteusz obok św. apostoła Tytusa uważany jest za patrona Krety.