Über Vetranios Leben und Wirken vor Beginn seiner militärischen Laufbahn sind keine Einzelheiten bekannt. Sein Erscheinen auf der historischen Bühne setzt mit seiner Stellung als Magister Militum (Heermeister) der illyrischen und pannonischen Truppen ein. Aus diesem Rang heraus, wurde er nach der Ermordung des Constans, des Sohnes Constantins des Großen, im März des Jahres 350 in Sirmium zum Kaiser erhoben.

Seine Erhebung wurde wesentlich von Constantina, der Schwester des Constantius II., vorangetrieben, die mit dieser Personalie die Stellung des Constantius gegenüber Magnentius, dem Usurpator im Westen des Reiches, stärken wollte. Das Regnum des Vetranio währte jedoch nur kurz, denn bereits nach dem Treffen des Vetranio und des Constantius II., der beiden Kaiser des Ostens in Naissus im Herbst des selben Jahres, musste er den Titel des Augustus auf Geheiß des Constantius niederlegen.

Die Tatsache, dass Vetranio zu den Wenigen seiner Zeit gehörte, die die Zügel der Macht - ob kurze Zeit oder länger - in Händen hielten und diese Erhebung letztlich nicht mit dem Leben bezahlte mussten, ist wohl dem Umstand geschuldet, dass er sich seiner Absetzung nicht widersetzte. Nach seinem Abgang von der politisch-militärischen Bühne verbrachte er die letzten sechs Jahre seines Lebens als wohlhabender Mann in Prusa.