Студийский устав и служебные Минеи к нему содержат память Агафии и последование (каноны Феофана и Иосифа, седален, стихиры). Мессинский Типикон (1131 г.) предписывает соединение службы святой с попразднством Сретения, указано на утрене петь тропарь, читать Житие Агафии и совершать поклонение её мощам; на литургии петь тропари шестой песни канона Агафии и кондак. Согласно древним спискам Иерусалимского устава (например, XII в.), по русскому первопечатному Типикону 1610 г., по современному Типикону РПЦ Агафии полагается служба без знака (см. Знаки праздников Месяцеслова), а по греческому – со славником на вечерне. Самое раннее известное изображение Агафии – на мозаике базилики Сан-Аполлинаре-ин-Классе в Равенне, около 549 г., где святая представлена среди мучениц, предстоящих с венцами небесной славы в руках, у трона Богоматери. Агафия изображена среди 12 святых жён в медальоне на мозаике свода триумфальной арки в кафедральной церкви Евфразиана в Порече (Хорватия), 543–553 гг. Исследователям известен ряд образов святой, относящихся к VIII в.: облачённая в хитон и накинутый на плечо гиматий, с венцом в покрытой руке, Агафия вместе с мученицами Екатериной и Евгенией изображена на фреске 763 г. в катакомбах Сан-Дженнаро в Неаполе; на мозаике VIII в. в церкви Санта-Чечилия-ин-Трастевере в Риме; на миниатюре сакраментария Геласианум (конец VIII в.). В византийском искусстве Агафия изображается с крестом в левой руке, правая – в жесте приятия благодати: на мозаике кафоликона монастыря Осиос Лукас в Фокиде (Греция), 1030 гг.; на фреске Святой Софии Киевской, середина XI в.; на мозаиках XII в. в Сицилии – в апсиде кафедрального собора в Монреале, около 1180 – 1190 гг., и в Палатинской капелле в Палермо, около 1143 г.; на мозаике в Монреале Агафия окутана в украшенный богатой каймой мафорий, в Палермо она представлена в белом головном уборе и застёгнутом спереди плаще. Полуфигурное изображение Агафии представлено в настенных минологиях церкви св. великомученика Георгия в Старо-Нагоричино (Македония), 1317–1318 гг.; нартекса церкви Вознесения монастыря Дечаны (Косово и Метохия), 1348–1350 гг.; в нартексе архиепископа Даниила II, Печская патриархия (Косово и Метохия), 1565 г., где имеется также изображение святой в рост; церкви святителя Николая в Пелинове, 1717–1718 гг. Агафия дважды изображена в греко-грузинской рукописи XV в.: оглавно (в медальоне) и в рост (Российская национальная библиотека). Изображение святой мученицы есть в Строгановском иконописном подлиннике, последняя треть XVIII в. Мученичество Агафии представлено: на миниатюре Минология Василия II – у святой, привязанной к столпу, мучители усекают груди, рядом мученица представлена томящейся в темнице (976–1025 гг.); в Минологии начала XI в. (Исторический музей); в настенном минологии в нартексе церкви Святой Троицы монастыря Козия во Влахии (Румыния), 1386–1390 гг. В «Ерминии» Дионисия Фурноаграфиота, начало XVIII в., сказано, что Агафия скончалась в темнице. В поздней русской традиции иконография святой не претерпевает значительных изменений – Агафия изображается в хитоне и мафории вместе с другими святыми, например, на иконе XVI в. «Константин и Елена, мученица Агафия» (собрание А. Попова в Париже); на иконе «Достойно есть» с избранными святыми 1602 г. (Третьяковская галерея) – Агафия представлена на поле; на вологодской минейной иконе на февраль конца XVI в. (Вологодский музей-заповедник); на минейной иконе начала XVIII в. (Церковно-археологический кабинет Московской духовной академии) – с крестом в правой руке. Изображения святой широко распространены в искусстве Западной Европы.