Υπήρξε ο πρώτος επίσκοπος της Κωνσταντινουπόλεως (313-327 μ.Χ.) και έζησε κατά τα χρόνια του πρώτου χριστιανού αυτοκράτορα, του Μεγάλου Κωνσταντίνου (306-337 μ.Χ.). Ήταν γιος του Δομετίου και ανηψιός του αυτοκράτορα Πρόβου. Όταν ο αδελφός του και επίσκοπος Βυζαντίου, Πρόβος, εξεδήμησε προς Κύριον, ο Μητροφάνης τον διαδέχθηκε στον επισκοπικό θρόνο, αξίωμα το οποίο διατήρησε κι όταν ο αυτοκράτορας Κωνσταντίνος έχτισε στη θέση του Βυζαντίου την ένδοξη πόλη, που φέρει το όνομά του, την Κωνσταντινούπολη.

Όταν τον Μάιο του 325 μ.Χ. έγινε η Α’ Οικουμενική Σύνοδος στη Νίκαια, ο Μητροφάνης δεν μπόρεσε να παραστεί ο ίδιος, επειδή ήταν αρκετά γέροντας και άρρωστος. Έστειλε, όμως, αντιπρόσωπο του τον πρωτοπρεσβύτερο Αλέξανδρο, άνδρα πρόθυμο και θεοσεβή, τον οποίο όρισε διάδοχό του. Στα χρόνια, επίσης, που ήταν Αρχιεπίσκοπος ο Μητροφάνης, θεμελιώθηκαν πολλά μεγάλα οικοδομικά έργα της Βασιλεύουσας. Μεταξύ αυτών και οι περίφημοι ναοί της αγίας Σοφίας, της αγίας Ειρήνης και της αγίας Δυνάμεως. Ο Μητροφάνης αναπαύθηκε εν ειρήνη το 327 μ.Χ.