In december449 werd Anatolius benoemd tot aartsbisschop van Constantinopel. Tijdens het Concilie van Calchedon van 451 werd ook beslist dat die functie voortaan patriarch van Constantinopel zou gaan heten. Op die manier begon ook meteen het conflict met de bisschoppen van Rome, die weigerden te erkennen dat de andere patriarchaten evenwaardig waren aan de Kerk van Rome.
In 457 kroonde Anatolius ook Leo I tot keizer van het Oost-Romeinse Rijk. Het was de eerste keer dat die cerenomie werd voltrokken door de patriarch van Constantinopel.
Aan patriarch Anatolius wordt ook een hele reeks Griekse hymnen toegeschreven.