Den hellige Agatho stammet fra den greske befolkningen på Sicilia, sannsynligvis fra Palermo. Han hadde vært munk og var dyktig i både latinsk og gresk. Det er mulig at han er den Agatho som Gregor den Store referer til i et brev til abbeden i St. Hermes-klosteret i Palermo. Gregor skrev at abbeden skulle motta Agatho i sitt kloster hvis Agathos kone var villig til å gå inn i et nonnekloster. Det er grunn til å tro at pave Agatho er denne munken, men på den andre side ville det gjøre ham til en svært gammel mann.
Etter at Donus døde i april 678, ble Agatho valgt til ny pave en gang på våren. Han fikk sitt valg raskt godkjent av den keiserlige eksarken i Ravenna, slik at han kunne konsekreres den 27. juni.
Hans korte pontifikat var viktig for de bysantinske myndighetens avsverging av monoteletismen og den etterfølgende opprettelsen av vennlige forbindelser mellom Den hellige Stol og Bysants.
Agatho var en vennlig mann som kom godt overens med folket. Han var trolig effektiv i administrative saker også, for i motsetning til det som var vanlig, bestemte han seg for selv å fungere som skattmester (arcarius) for Den hellige Stol, med omsorgen for de stramme finansene i Kirken for øye. Han fortsatte i embetet inntil dårlig helse tvang ham til å delegere oppgaven.
Snart etter sin konsekrasjon fikk Agatho brevet som keiser Konstantin IV (668-85) den 12. august 678 hadde skrevet til Donus. Den dyktige keiseren hadde beseiret sarasenerne og holdt avarene stangen. (Sarasenere var middelalderens betegnelse på muslimer; det kommer antakelig av et arabisk ord som betyr «de fra øst».) Keiseren gjenopprettet politisk enhet i keiserriket, og ville nå gjenskape den religiøse orden.
I brevet foreslo keiseren en konferanse hvor de skulle diskutere spørsmålet om Kristus hadde én eller to viljer og gjenopprette enheten mellom kirkene. Keiseren hadde erkjent at monoteletismen, som var uakseptabel for vesten, heller ikke var egnet for å forsone monofysittene i østen. Derfor inviterte han paven til å sende offisielle representanter, inkludert fire fra de nå viktige greske klostrene i Roma, til Konstantinopel for å diskutere spørsmålet med østlige teologer. Han lovte delegatene fri reise og fritt leide.
Agatho hilste initiativet velkommen, men beordret at forberedende synoder først skulle holdes i vesten for å formulere en felles vestlig holdning til monoteletismen. Den største og viktigste ble holdt i Lateranet påsken 680, den 27. mars, av Agatho selv.
Den 10. september 680 kom den imponerende pavelige delegasjonen frem til Konstantinopel. Den inkluderte to fremtidige paver, Johannes V og Konstantin. De hadde med seg to lengre dokumenter, et brev fra Agatho til keiseren og dekretet fra den romerske synoden, signert av 150 biskoper. Begge fordømte monoteletismen, og brevet til keiseren understreket Romas rolle som vokter av den sanne tro.
Konstantin bestemte nå at hans konferanse skulle bli et fullverdig kirkekonsil. Han hadde allerede avsatt den monoteletiske patriark Theodoros I (677-79), og nå instruerte han den nye patriarken Georg I (179-86) om å sende bud etter metropolittene og biskopene under hans jurisdiksjon for å delta i konsilet. Selv om det ikke var planlagt som et allment konsil, fikk det gjennom deltakere fra hele kristenheten økumenisk karakter.
Konsilet skulle bli kjent som Det 6. økumeniske Konsil i Konstantinopel (III). Det møttes i en kuppelsal (trullus = kuppel) i det keiserlige palass, derav tilnavnet Trullanum (I). 170 delegater satt samlet i 18 sesjoner mellom 7. november 680 og 16. september 681. Keiseren presiderte over konsilet. Først presenterte monoteletistene eller én-vilje-heretikerne sin sak. Så ble brevet fra paven og beslutningene på Lateransynoden lest opp. Patriark Georg aksepterte brevet, og det samme gjorde de fleste av biskopene som var til stede. Konsilet sa seg enig i at Peter talte gjennom Agatho, og det vedtok den ortodokse doktrine av to naturer, viljer og virkemåter (energier) i Kristus. Monoteletismen ble tilbakevist, og lærestriden ble bilagt på basis av konsilet i Kalkedon. I sin 13. sesjon bannlyste konsilet de gamle monoteletiske lederne Sergius og Cyrus. Pave Honorius I ble inkludert i fordømmelsen, uten at de pavelige delegatene protesterte.
Agathos brev viser en tydelig «bysantisering» av pavedømmet. Pavens avgjørende bidrag ble anerkjent i den hilsenen konsilet ga keiser Konstantin i avslutningssesjonen. Denne anerkjente at den sanne tro, skrevet med Guds hånd, hadde blitt gitt til Kirken i Det gamle Roma, og at Peter hadde talt gjennom Agatho. Samtidig applauderte pavens brev keiseren som kilden for initiativet til å gjenreise religionsfreden, og sa at han samarbeidet med Gud selv. Konsilets dekreter ble sendt til paven, men Agatho var død før konsilets rådslagninger var ferdige.
Agatho hadde vunnet en annen seier da han inviterte erkebiskop Theodor av Ravenna (677-91) til den romerske synoden den 27. mars 680. Til tross for Donus' avtale med erkebiskop Reparatus beholdt Ravenna fortsatt i praksis uavhengigheten de hadde fått av keiser Konstans II (641-68) i 666. Men Theodors utsendinger var enige i at siden det var trosspørsmål som skulle diskuteres, kunne han delta. Straks han var i Roma begynte han imidlertid forhandlinger med paven for å oppheve uavhengigheten. Til gjengjeld for Agathos støtte mot fiendtlige elementer i Ravenna, gikk Theodor med på at heretter skulle erkebiskopene av Ravenna bli konsekrert av paven og motta palliet fra ham. Denne avtalen skulle bli konstitusjonelt godkjent i Leo IIs pontifikat.
Agatho lyktes å oppnå at Konstantin avskaffet den skatten som vanligvis ble betalt til eksarken ved pavevalg, men til gjengjeld stilte keiseren som betingelse at den gamle, tidkrevende praksis med å søke keiserlig godkjennelse av en ny pave fra Konstantinopel i stedet for fra Ravenna, skulle bli gjeninnført.
Agatho var også interessert i den engelske kirken, og på Lateransynoden i 679 godkjente han appellen fra biskop Wilfrid av York (634-709), som samme år hadde kommet til Roma for å få sin sak prøvd hos paven. Han skrev dermed historie, for det var første gang en angelsaksisk biskop hadde kommet med en slik appell. Erkebiskop Theodor av Canterbury (668-90) hadde delt opp Wilfrids bispedømme og utnevnt tre biskoper til de nye setene. Wilfrid appellerte til paven mot denne temmelig egenmektige opptredenen. På synoden tok Agatho den kloke beslutningen at riktignok skulle Wilfrids bispedømme deles, men at Wilfrid selv skulle utnevne biskopene.
Agatho sendte også Johannes, erkekantor i St. Peterskirken, til England, delvis for å undervise i liturgisk sang og praksis ved innføringen av den romerske liturgi i England, men også for å rapportere om forholdene i den engelske kirken. Kirkens tilknytning til Roma ble av betydning for hele vesten, da Karl den Stores misjonering av de germanske områdene først og fremst ble drevet av britiske misjonærer, med St. Bonifatius i spissen. Han skulle bli utnevnt til misjonær for Tyskland av pave Gregor II. Agatho oppmuntret også Irland som et kultursentrum.
Agatho var en vennlig mann som ble elsket av alle for sitt gode humør. Selv om han var i desperat pengemangel, var han generøs mot sitt presteskap, og han etterlot dem alle en solid testamentarisk gave ved sin død. Han ga også gaver til kirkene Ss Apostoli og Sta Maria Maggiore.
Agatho døde den 10. januar 681 og ble gravlagt i St. Peterskirken. Han kom til å bli æret som helgen både i øst og vest. Han fikk tittelen helbreder på grunn av de mange mirakler han skal ha utført.