Скованного градоначальника повели на суд мимо мученицы, которая оставалась живой до тех пор, пока не пришёл священник, и она не причастилась Святых Таин. После этого Лукия предала свою душу Господу. Обычно смерть Лукии исследователи датируют 303 или 304 г., однако некоторые исследователи считают, что она была казнена в 307 или в 310 г. на основании пророчеств мученицы: «Диоклетиан потерял власть, Максимиан сегодня умрёт, и церкви скоро будет дарован мир» (Диоклетиан отрёкся от власти в 305 г., Максимиан скончался в 310 г., а Никомидийский эдикт, легализовавший христианство, был издан в 311 г.). Колонна, у которой претерпела мученичество Лукия, находится внутри церкви Санта-Лучия-фуори-ле-Мура. Справа из пресвитерия лестница ведёт в восьмигранное полуподземное помещение, называемое Капелла-дель-Сеполькро-ди-Санта-Лучия, где она была похоронена. Под остальной частью церкви и под примыкающими к ней монастырскими постройками расположены катакомбы III в. Самым ранним свидетельством почитания Лукии исследователи называют обнаруженную в катакомбах Сан-Джованни в Сиракузах надпись конца IV – начала V вв., в которой говорится о том, что некая Евския скончалась на праздник святой Лукии. Из письма папы Римского Григория I Великого (Двоеслова) исследователям известно, что во второй половине VI в. в Сиракузах существовал посвящённый Лукии монастырь. В конце VI в. почитание Лукии распространилось в Риме, здесь ей были посвящены ораторий рядом с гостиницей Анихий (лат. Anichiorum) и монастырь. Григорий I Великий добавил в число поминаемых в каноне мессы святых имена мучениц Агафии и Лукии. В VI в. имя Лукии было включено в каноны Милана и Равенны, а её изображение присутствует на мозаиках Сант-Аполлинаре-Нуово (560 гг.). Также имя святой было внесено в «Сакраментарий Григория», а впоследствии в календари и Мартирологи (например, в малый Римский Мартиролог середины IX в.). К Лукии обращались за помощью от глазных болезней. Святая с древности считается покровительницей Сиракуз. В день её памяти на Сицилии готовили кутью и кормили бедных выпечкой, которая называлась «глаза святой Лукии». Помимо Италии праздник Лукии торжественно отмечался и в других странах Европы. Из-за календарной близости к зимнему солнцестоянию день памяти Лукии в Скандинавии стал отмечаться как праздник света и сопровождаться шествиями с зажжёнными свечами (имя Лукия происходит от лат. «lux» – «свет»). В первой четверти VIII в. сполетийский герцог Фароальд II (703–724 гг.) во время похода на Сицилию увёз мощи Лукии из Сиракуз. Они были помещены в Корфинии (близ современного Корфинио, область Абруццо). Между 970 и 972 гг. епископ Мецский Теодорих, сопровождавший в Италии своего двоюродного брата императора Оттона I, перенёс их в Мец. В 1042 г. рука мученицы была подарена императору Генриху III для монастыря Лютбург.