Происхождение Евстафия, его имя при крещении и родители остаются неизвестными. Предположение, что он принадлежал к византийскому роду Катафлоронов, вызвано неоднозначностью в интерпретации его имени. Согласно некоторым историкам, Евстафий был либо племянником, либо учеником ритора Николая Катафлорона, и не носил родового имени. Сведения о его рождении в Константинополе считаются предположением. Он никогда не был монахом в монастырях святых Евфимии и Флоры, как утверждает некий Бонис. Евстафий получил начальное образование в школе при монастыре святой Евфимии в Константинополе, а затем учился у ритора Николая Катафлорона, о котором говорилось как о "священном и великом муже".
После завершения обучения Евстафий стал императорским ритором. По мнению Ф. Кукулеса и Лорана, он был диаконом Великой церкви при патриархе Николае IV Музалоне (1147-1151), но потерял эту должность при патриархе Константине IV Хлиарине (1154-1157). Позже, при патриархе Луке Хрисоверге (1157-1170), Евстафий снова стал диаконом храма Св. Софии. Исследователи также утверждают, что Евстафий служил под началом будущего Константинопольского патриарха Михаила III Анхиала, сначала работая писцом в канцелярии, а затем в патриаршем суде. Важно отметить, что он не занимал должность патриаршего начальника прошений (ὁ ἐπ τῶν δεήσε&ων), но возможно некоторое время служил в этом ведомстве. Под патриархом Лукой Хрисоверге Евстафий также работал со священными сокровищами и в патриаршей сакелле.
Во второй половине 1160-х годов Евстафий был назначен магистром риторов благодаря заступничеству Михаила Анхиала, который затем стал ипатом философов. Ранее считалось, что он занял эту должность непосредственно перед тем, как стать митрополитом в 1172-1174 годах. Но после 1170 года Евстафий лишился должности диакона в церкви Св. Софии, и об этом он с сожалением сообщил своим письмам, включая патриарху Михаилу Анхиалу.
Казалось бы, после жалобы Евстафия он был назначен митрополитом Мир Ликийских, но так и не смог занять свою должность из-за вмешательства императора Мануила I, который назначил его митрополитом Фессалоники. Долгое время считалось, что Евстафий занял пост митрополита Мир Ликийских в декабре 1174 года, а митрополита Фессалоники в начале 1175 года. Однако Каждан доказал, что это произошло не ранее 1178/79 года. Согласно его анализу, Евстафий оставался в Константинополе до 1179/80 года и только после этого получил назначение в Фессалоники. Таким образом, его период преподавательской и общественной деятельности продолжался до конца 1170-х годов, включая работу в патриарших и императорских учебных заведениях, где он занимался обширной перепиской, преподаванием и ведением уроков, преподавал грамматику и риторику. Его дом стал центром образования, где он преподавал различным ученикам, среди которых были будущие иерархи и ученые. Вероятно, до того, как он стал магистром риторов, он занимал различные преподавательские должности в учебных заведениях Константинополя. Перед смертью императора Мануила I Евстафий выступил против его решения упразднить анафему мусульманскому богу, что вызвало возможность его опалы.
В период с 1180 по 1190 годы Евстафий преподавал в городе Фессалоники, привлекая к себе учеников из разных мест, в том числе из Константинополя. Однако его деятельность вызывала негодование среди прихожан. Евстафий жаловался в своих письмах на то, что противники устраивали ему козни и скандалы, намеренно причиняя ему неприятности. В конечном итоге напряженные отношения с жителями Фессалоники заставили Евстафия временно покинуть город. Его отъезд стал поводом для изготовления карикатурного изображения с подписью, которое стало известно даже за пределами города. По разным данным, Евстафий уехал из Фессалоники перед захватом города норманнами в 1185 году или после этого события в феврале 1191 года. В его отсутствие противники провели расследование его деятельности, что вызывало неудовольствие у самого Евстафия. Позднее он попал в плен к бывшему пирату Сифанту, который надеялся получить за него выкуп. Вскоре Евстафий был освобожден и продолжал свои общения с латинянами, участвуя в богословских спорах и имея покровительство графа Алдуина.
Церковная и научная деятельность Евстафия была поддержана представителями высшего общества Византии, включая внука Анны Комнины, дука Никомидии и наместника острова Кос Никифора Комнина, а также сына великого друнгария Андроника Каматира, дипломата и военачальника Иоанна Дуки. Он также был членом кружка ученых, в который входили Николай Айофеодорит, Евфимий Малаки, Михаил Хониат, Михаил Авториан и Георгий Антиох, с которыми Евстафий поддерживал переписку на протяжении почти всей жизни.
Согласно Евфимии Малаки, Евстафий был невысокого роста и не имел особой красоты; несмотря на свое слабое здоровье (например, он жаловался на некоторое заболевание, из-за которого провалялся в постели четыре месяца, а позже страдал от болезни желудка и дрожи в руках), он дожил до старости.
Ушел из жизни после 1195 года, возможно, в городе Фессалоники.
Речи, произнесенные Евфимием Малаки, митрополитом Нового Патры, и учеником Михаилом Хониатом, митрополитом Афинским, на похоронах Евстафия не содержат подробностей о его жизни. Основные сведения о биографии Евстафия получены из случайных упоминаний в его сочинениях и пометах к ним в рукописях. Поэтому биография Евстафия представляет собой фрагментарную картину, вызывающую споры между исследователями о различных фактах его жизни.
В 1988 году, по рекомендации митрополита Фессалоникийского Пантелеимона, Синод Элладской Православной Церкви объявил святым Евстафия. Это решение было основано на сообщении Михаила Хониата о чудесах, произошедших после смерти Евстафия, а также на широком почитании его во Фессалонике. Сохранились изображения Евстафия в афонском монастыре Ватопед и в Старо-Нагоричино (Македония), что подтверждает его почитание как святителя среди греческого и славянского населения Балканского полуострова в XIV веке.
