Преподобномученик Корнилий родился в Пскове в 1501 году, в боярской семье. Родители, Стефан и Мария, воспитывали сына в благочестии; мать рано заметила его склонность к духовной жизни, научила молитве и привила любовь к странникам. Учиться его отдали в псковский Мирожский монастырь, где отроков держали в послушании и обучали грамоте, книгописанию и иконописи. Там же переписывали летописи, жития и богослужебные книги. Юный Корнилий подвизался под началом старца, делал свечи и особенно готовился к писанию икон: перед работой постился, молился Богородице о благословении, а во время работы хранил чистоту и творил про себя непрестанную молитву.

Поворотной оказалась одна поездка. Друг семьи, государев дьяк Мисюрь Мунехин, собрался в затерянную среди лесов маленькую Печерскую обитель и взял юношу с собой. Тихая служба в пещерной церкви и красота этих мест так подействовали на него, что вскоре он навсегда ушёл из дома и принял постриг в Псково-Печерском монастыре. Жил строго: в убогой келье спал на досках, время отдавал труду и молитве.

Игуменом его избрали в 1529 году. При нём братия выросла с пятнадцати человек до двухсот — столько в обители не было ни при одном из последующих настоятелей. Он вставал с солнцем, сам правил службу, воодушевлял иноков на строгий пост и молитву и, по смирению, считал себя лишь первым среди равных, да и то по избранию.

Дела его выходили далеко за монастырские стены. Он проповедовал среди окрестных эстов и сету, многие из которых крестились в обители. Людей он выслушивал молча, потом наставлял и благословлял — и, как говорит житие, при звуке его голоса открывалось сердце и уходил стыд. Когда на Псковщине началось моровое поветрие и люди бежали в леса, умирая не только от заразы, но и от голода, иноки по благословению игумена выходили к голодным и раздавали варёную рожь. В Ливонскую войну он проповедовал в отвоёванных городах, ставил там храмы, заботился о раненых и помогал пострадавшим, а убитых в обители погребали и записывали в синодики.

Он очень любил книги и собрал для своего времени большую библиотеку, перенял от Спасо-Елизаровского монастыря традицию летописания, завёл монастырский синодик и «Кормовую книгу», составил описание обители и описание чудес Печерской иконы Божией Матери.

Строил он тоже много: перенёс деревянную церковь Сорока мучеников за ограду, поставил на её месте Благовещенский храм, затем храм Покрова, а в 1558–1565 годах обвёл монастырь надёжной каменной стеной и над святыми вратами возвёл церковь святителя Николая — поручая обитель на границе его покровительству. Так монастырь стал не только светочем веры, но и крепостью. Ещё раньше, в 1538 году, он основал во Пскове подворье с каменным храмом в честь «Одигитрии», а в обители завёл иконописную мастерскую и хозяйственные мастерские — столярную, кузнечную, керамическую.

О его кончине рассказывает древняя рукопись Троице-Сергиевой Лавры. Игумен вышел с крестом навстречу царю Иоанну Грозному к монастырским воротам, и царь, разгневанный ложным доносом на него, своей рукой отсёк ему голову — а тотчас раскаялся, поднял тело и на руках понёс в монастырь. Дорожку, по которой он нёс убитого к Успенскому храму, с тех пор называют «кровавым путём». Царь принёс обители богатые вклады и вписал имя игумена в свой синодик, но памяти о содеянном не избыл до конца жизни.

Тело преподобномученика положили в стене «Богом зданной пещеры», где оно невредимо пробыло сто двадцать лет. В 1690 году митрополит Псковский Маркелл перенёс мощи, прославившиеся исцелениями, в соборный Успенский храм. Позже их дважды перекладывали в новые раки — в 1872 и 1892 годах. Службу святому, как полагают, составили ко дню открытия мощей.