Dopo esser stato consacrato sacerdote nel 1899, è assistente del Cardinale Gasparri dal 1904 al 1916.

Con l'ausilio della posizione sociale della famiglia segue la carriera diplomatica: nel 1911 diviene sottosegretario e nel 1914 segretario agli Affari Straordinari di Stato. Papa Benedetto XV lo nomina Nunzio Apostolico in Bavaria nel 1917 e nella Repubblica di Weimar in Germania nel 1920. Papa Pio XI lo nomina Cardinale alla fine del 1929. Poi, diviene Segretario di Stato, carica che ricopre dal 1930 al 1938.

In questi anni è grazie al suo operato che la Santa Sede negozia diversi concordati in molti stati europei per il sostegno di iniziative (scuole, ospedal, etc.) cattolcihe. Nel 1933 viene firmato a Roma un concordato anche con la Germania, guidata dal Cancelliere Adolf Hitler. Il fatto farà discutere a lungo per il riconoscimento internazionale che veniva fornito al regime nazista. Tuttavia i rapporti tra chiesa e nazismo non saranno sereni: nel 1937 la chiesa condannerà pubblicamente l'ideologia nazista con l'enciclica Mit Brennender Sorge di Papa Pio XI.

Eugenio Pacelli viene eletto papa il 2 marzo 1939. Assume il nome di Pio XII. Il nuovo papa si preoccupa subito di contenere la minaccia di guerra che grava sull'Europa.

Pio XII mantiene buoni rapporti con il governo italiano, tuttavia questi non sono sufficienti a distogliere il regime fascista dai suoi propositi. Verrà a lungo criticato per non aver preso posizione contro l'Olocausto nazista, anche se durante il conflitto la Chiesa proteggerà le vittime delle persecuzioni razziali, in particolare ebrei, facilitando la fuga dei rifugiati: durante il conflitto mondiale Pio XII organizza in Vaticano un ufficio d'informazioni per i prigionieri e i dispersi. Dichiara Roma "città aperta". Grazie all'impegno della sua azione gli viene attribuito l'appellativo di Defensor civitatis. Pio XII accoglie in Vaticano i rappresentanti dei partiti oppositori del regime e si adopera attivamente in difesa degli ebrei.

Già durante il conflitto, ma soprattutto dopo la sua conclusione, Pio XII lotta con il massimo sforzo per liberare l'Italia dall'avanzata del comunismo.

Nel 1948 con il suo aiuto e con il supporto dell'Azione Cattolica, il partito dei cattolici italiani, la Democrazia Cristiana vince, risparmiando alla nazione la triste esperienza dello stalinismo.

Nel 1949 papa Pacelli minaccia di scomunicare i cattolici che intendono iscriversi al Partito Comunista Italiano e, a seguito delle persecuzioni nei confronti della Chiesa nei paesi dell'Europa dell'Est, scomunica i capi dei governi di Jugoslavia, Ungheria, Cecoslovacchia, Romania e Polonia.

In ambito religioso durante il suo papato Pio XII ha svolto un'importante attività: pur lasciando ai princìpi la loro essenziale immutabilità, ne ha rivisto molti punti aggiornando opportunamente gli aspetti morali e disciplinari, con lo scopo di adeguarne la formulazione esterna ai progressi tecnici e scientifici.

Tra i suoi documenti più noti vi sono le encicliche: Summi pontificatus, la prima, del 1939, in cui attacca energicamente qualsiasi forma di totalitarismo, la Divino Afflante Spiritu (1943), sui principi che devono informare i problemi della ricerca biblica specialmente di fronte alle nuove esigenze e ai progressi scientifici, e la Mystici Corporis (1943), la Mediator Dei, la Humani generis, la bolla papale Munificentissimus Deus (1950), che definisce il dogma dell'Assunzione di Maria Vergine in Cielo e delinea il progressivo affermarsi delle verità implicitamente contenute nella Rivelazione, la Sempiternus Rex (1951).

Nel campo delle scienze Pio XII ha dato impulso alla Pontificia Accademia delle Scienze, e ordinato scavi sotto l'altare della confessione in San Pietro per rintracciare il sepolcro del primo pontefice romano.

Sui problemi morali papa Pacelli ha avuto particolarmente a cuore la tutela del matrimonio come sacramento, e della santità della vita familiare, proponendola nei suoi numerosissimi discorsi ai giovani sposi con un decreto del Sant'Uffizio del 1944, e con un noto discorso alle ostetriche nel 1951.

Nell'ambito del diritto canonico ha fatto pubblicare i libri De Matrimonio, De Iudicibus, De bonis, De religiosis, De verborum significatione del Codice per le Chiese Orientali.

Venendo incontro alle nuove esigenze del mondo moderno, Pio XII ha permesso la celebrazione della Messa anche nelle ore vespertine e ha ridotto gli obblighi del digiuno eucaristico.

Sotto il suo pontificato, papa Pio X fu elevato agli onori degli altari(1951), e San Francesco d'Assisi e Santa Caterina da Siena proclamati patroni d'Italia (1939).

Eugenio Pacelli, papa pio XII, morì il 9 ottobre 1958. Gli succedette Papa Giovanni XXIII.

Negli anni '90 è stato nominato Venerabile, come primo passo nel processo di beatificazione proposto da Papa Giovanni Paolo II.