Корнилий родился в 1501 году в Пскове. Родители, псковские бояре, отдали сына в Мирожский монастырь для обучения грамоте и другим наукам. Пребывание в святой обители утвердило призвание Корнилия к иноческой жизни, он навсегда ушел из родного дома и принял постриг в Псково-Печерской обители.
В двадцать восемь лет преподобный Корнилий, служивший образцом богоугодной жизни, был избран игуменом. В его настоятельство число братии увеличилось от 15 до 200 человек, и это количество насельников не было превышено ни при одном из последующих настоятелей.
Деятельность преподобного Корнилия распространялась далеко за пределы монастыря. Его жизнь была образцом деятельной любви к Богу и человеку. Он распространял православие среди жителей окрестных мест, строил церкви, больницы, приюты для сирот. Во время Ливонской войны преподобный Корнилий раздавал пострадавшим помощь из монастырских запасов. В обители лечили и кормили раненых.
В 1560 году, в праздник Успения Пресвятой Богородицы, преподобный послал в благословение русским войскам, осаждавшим город Феллин (ныне – Вильянди, город в Эстонии, прим.ред.), просфору и святую воду. В тот же день немцы сдали город.
В 1570 году монастырь посетил Иоанн Грозный. Царь, разгневанный ложным наветом на встречающего его Корнилия, собственной рукой отсек ему голову, но тотчас раскаялся и, подняв тело его, на руках понес в монастырь по дороге, впоследствии нареченной «Кровавым путем». Тело преподобномученика Корнилия было положено в стене «Богом зданной пещеры», где невредимо пребывало 120 лет.
В 1690 году митрополит Псковский и Изборский Маркелл перенес его мощи, прославившиеся исцелениями больных, из пещеры в соборный храм Успения Пресвятой Богородицы.