Como archidiácono actuó como legado de León I Magno en el Concilio de Éfeso celebrado en 449 y conocido como el "latrocinio de Éfeso" oponiéndose a la condena de Flaviano de Constantinopla lo que le supuso enfrentarse al monofisita patriarca alejandrino Dióscoro y verse obligado a alejarse tanto de Constantinopla como de Roma para salvar su vida.
Durante su pontificado dedicó una especial atención al ordenamiento eclesiástico de España y de la Galia que tras las invasiones bárbaras se encontraban sumidas en el caos.
Hilario mandó construir dos oratorios en el baptisterio de Letrán, uno en honor de San Juan Bautista y otro dedicado al Apóstol San Juan, a cuya intercesión atribuía su salvación tras su intervención en el concilio de Éfeso. También mandó erigir una capilla de la Santa Cruz en el baptisterio, un convento, dos baños públicos y bibliotecas junto a la iglesia de San Lorenzo Extramuros, donde fue enterrado al fallecer el 29 de febrero (fecha no segura) de 468.