Nacido en la Cesárea palestina entre el 490 y el 507, Procopio recibió una educación completa y probablemente se formó en derecho. En 527 fue nombrado consejero y secretario del joven general Belisario, entonces comandante imperial en Mesopotamia contra los persas. Como tal, acompañó a Belisario en muchas de sus campañas, siendo testigo no sólo de las hostilidades persas, sino también de la represión de las revueltas de Nika (532), de la conquista del reino vándalo del norte de África (533-534) y, tras un período de servicio en el norte de África (534-536), de la primera guerra contra los ostrogodos en Italia (535-540). Procopio estuvo en Constantinopla en 542, donde observó los inicios de la terrible peste que asoló el imperio. Es de suponer que Procopio no se unió a Belisario en su segunda campaña italiana. Parece que ocupó cargos de gobierno en la capital durante el resto de su carrera.
A partir de sus experiencias, Procopio comenzó durante la década del 540 una historia formal de los acontecimientos militares y políticos de su época, su Historia de las Guerras, escrita en un excelente griego. De sus ocho libros, los dos primeros narran las guerras persas del imperio, desde principios del siglo V hasta aproximadamente el año 550. Los dos libros siguientes describen las guerras vándalas y los acontecimientos posteriores en el norte de África hasta finales del año 540. Otros tres libros describen las dos fases de las guerras ostrogodas, desde el año 535 hasta el 551. Un octavo libro suplementario cubre los acontecimientos en general entre 548 y 554.
Mientras tanto, la actitud de Procopio parece haber sufrido un cambio drástico. Aparentemente frío personalmente con Justiniano y su consorte Teodora, parece al menos haber compartido las aspiraciones de los primeros años de su reinado. Los subsiguientes desastres y desilusiones lo agriaron -un proceso incrementado, se cree, por su fracaso en obtener todos los avances que esperaba. En consecuencia, hacia el año 550, Procopio compuso Las secciones inéditas (Tà anékdota), ahora conocidas como la Historia arcana, o Historia secreta. Las Guerras, una historia pública y semioficial, estaban destinadas a la circulación. En estas memorias secretas, no destinadas a ser publicadas, Procopio vierte sus frustraciones en términos de ridiculización y abuso de Belisario, de su esposa Antonina, de la emperatriz Teodora y, sobre todo, del propio Justiniano. El emperador es descrito como malicioso, rapaz, destructor de todo el orden y las tradiciones establecidas y, en efecto, un demonio maligno.
Aunque objetivo y escéptico en materia religiosa, Procopio proyectó una historia eclesiástica del reinado de Justiniano, pero esta obra se perdió o no se realizó. Sin embargo, a mediados de la década de 550, Procopio compuso un relato del programa arquitectónico de Justiniano titulado Sobre los edificios. Organizado geográficamente en seis libros, está incompleto según lo previsto, faltando una sección sobre Italia.
Procopio parece haber recibido algunos cargos superiores en la corte al final de su vida. La última vez que se tiene noticia de él es en el año 559, y se desconoce la fecha de su muerte.