Через рассказ о вавилонских отроках и о мучениках-Маккавеях Ипполит Римский в условиях гонений призывает христиан быть стойкими в исповедании веры и готовыми принять мученичество ради Христа, что приведёт, как и в случае с вавилонскими отроками и Навуходоносором, к обращению язычников. Ряд церковных писателей упоминают вавилонских отроков в своих сочинениях о молитве. Так, Тертуллиан приводит её в качестве примера ветхозаветной молитвы, которая могла избавлять и от огня; в молитве трёх отроков, которую они совершали в печи, «в своих шароварах и тиарах», говорится об ангеле, низводящем росу среди пламени. Ориген сравнивает избавление отроков от пламени с победой над тяжёлыми искушениями с помощью молитвы; спасённый от влияния порчи человеческой жизни и от греха должен благодарить Бога не меньше, чем отроки, почувствовавшие в огне прохлаждающую росу. Молитва Азарии для Оригена является примером моления (прославления, хваления), одного из типов молитвы, о которых говорит апостол Павел в Первом Послании к Тимофею (2:1). Упоминания о вавилонских отроках встречаются также в толкованиях Оригена на Послание к Римлянам и на Евангелие от Матфея. Для Киприана Карфагенского вавилонские отроки – праведники, исповедующие Бога даже среди пламени и огня, а их молитва – пример единодушного обращения к Богу. Они «и среди блистательных доказательств своих доблестей не переставали сохранять смирение и удовлетворять Господу». Рассказ о вавилонских отроках также цитируют Евсевий Кесарийский, Афанасий Великий, Кирилл Иерусалимский, Амвросий Медиоланский, Сульпиций Север, Иоанн Златоуст, Руфин Аквилейский, Феодорит Кирский, Епифаний Кипрский. В древней церкви вавилонские отроки почитались как мученики. Известны проповеди IV–V вв. на память вавилонских отроков Псевдо-Златоуста, Кирилла Александрийского, Феофила Александрийского. В византийской традиции, по крайней мере, уже с V–VI вв., празднование в честь пророка Даниила и вавилонских отроков было связано с предрождественским циклом, поскольку чудесное спасение отроков понималось как прообраз Воплощения Сына Божия от Приснодевы Марии. Первоначально воспоминание вавилонских отроков совершалось в воскресенье (или за два воскресенья) перед Рождеством Христовым. Только в послеиконоборческую эпоху память вавилонских отроков была закреплена за 17 декабря (но встречаются и другие даты – например, 19 декабря). В других литургических традициях (латинской, коптской, грузинской) памяти пророка Даниила и вавилонских отроков приходятся на 24 апреля, 4 мая, 25 августа, 28 ноября, 11 декабря, 16 декабря, иногда разделены и не связаны с Рождеством Христовым. В настоящее время память вавилонских отроков в православной церкви совершается дважды – 17 декабря и (неявно) в Неделю  святых праотец (за два воскресенья до Рождества Христова).