Священномученик Онисим родился 5 сентября 1872 года в селе Куя (Марково) Белозерского уезда Новгородской губернии в семье псаломщика Владимира Пылаева и в крещении был наречен Михаилом. В 1896 году Михаил окончил Новгородскую Духовную семинарию и стал служить псаломщиком в крепостной церкви в городе Карсе. В 1904 году был рукоположен во иерея и назначен полковым священником. Отец Михаил отрицательно относился к начавшейся войне России с Японией, считал, что для народа непонятны ее смысл и задачи. Своих взглядов он не скрывал, и начальство отозвало его с фронта, назначив священником 37го Екатеринбургского полка. Однако когда началась война 1914 года, он вместе с полком отправился на фронт и прошел со своей паствой — солдатами — всю войну. Был возведен в сан протоиерея.
После революции, в январе 1918 года, отец Михаил приехал в Нижний Новгород. С началом гражданской войны был мобилизован в Красную армию письмоводителем, затем казначеем Нижегородской дивизии. После роспуска дивизии он поступил на службу в военную губернскую коллегию в качестве управделами.
В 1920 году протоиерей Михаил подал прошение Нижегородскому архиепископу Евдокиму (Мещерскому) и был определен на служение в церковь Святой Троицы села Верхний Посад Нижегородской губернии. Во время обновленческого раскола архиепископ Евдоким возглавил обновленчество в Нижнем Новгороде. Протоиерей Михаил стал энергичным противником раскола, чем вызвал немалую ненависть у обновленцев.
В декабре 1924 года некоторые священники Нижнего Новгорода решили собираться и обсуждать, как отстаивать вопросы веры во время различных диспутов, которые устраивали безбожники. Информация довольно быстро дошла до секретного осведомителя ОГПУ, который сообщил, что «организован кружок духовенства, имеющий своей целью изучение апологетической литературы на предмет опровержения состоятельности марксизма как учения и борьбы с атеизмом». За участниками кружка было установлено наблюдение.
На встречах читались лекции: «Марксистский материализм», «Религия и нравственность», «Спор о Боге», «Буддизм и христианство». Священники, среди которых были митрополит Сергий (Страгородский), епископ Леонтий (Устинов), епископ Макарий (Знаменский), высказали пожелание, чтобы на основе этих лекций устроить курсы для духовенства. В конце февраля все участники встреч были арестованы и заключены в нижегородский изолятор особого назначения.
Изначально участники данного кружка обвинялись по 123й статье административного кодекса. Однако 13 марта 1925 года сотрудники Нижегородского ОГПУ, получив согласие начальника 6го отделения секретного отдела ОГПУ Тучкова на ликвидацию церковного кружка, предъявили священнослужителям обвинение в антисоветской агитации и заявили, что дело их будет направлено на рассмотрение в Москву.
В знак протеста трое обвиняемых, в том числе отец Михаил Пылаев, обратились с соответствующим заявлением в Нижегородскую губернскую прокуратуру, в Республиканскую прокуратуру и Особую Комиссию при Наркомотделе по делам административной высылки.18 марта находящиеся под стражей священнослужители написали заявление Нижегородскому губернскому прокурору: «… За стаканом чая беседы были разнообразного характера: о пассиях, церковных службах, современном безбожии и маловерии, о церковных диспутах... Мы никогда, ни в отдельности, ни вместе, не занимались политическими вопросами и не сделали ни одного жеста, враждебного рабочекрестьянской власти».
27 марта 1925 года все находящиеся под стражей были освобождены из тюрьмы под подписку о невыезде из Нижнего Новгорода.
1 марта 1926 года митрополит Нижегородский Сергий (Страгородский) снял с протоиерея Михаила Пылаева церковное бракоблагословение изза безвестного отсутствия супруги священника в течение 15 лет. 26 марта этого же года отец Михаил был пострижен митрополитом Сергием в монашество с именем Онисим. 28 марта митрополитом Нижегородским Сергием (Страгородским), епископом Дамианом (Воскресенским) и епископом Васильсурским Макарием (Знаменским) он был хиротонисан во епископа Краснобаковского, викария Нижегородской епархии. В селе Красные Баки и предполагалось архиерейское служение епископа Онисима, но по причине его высылки из Нижегородской епархии этого не произошло.
26 марта Особое Совещание при Коллегии ОГПУ приговорило владыку к лишению «права проживания в Москве, Ленинграде, Киеве, Харькове, Одессе, РостовенаДону, означенных губерниях и Нижегородской губернии сроком на три года».
Епископ Онисим вместе с протоиереем Александром Черноуцаном, бывшим настоятелем Воскресенской церкви, который также был осужден и выслан, избрал новым местом своего жительства город Воткинск, расположенный относительно недалеко от Нижнего Новгорода. В связи с этим 13 апреля 1926 года он был назначен митрополитом Сергием (Страгородским) епископом Воткинским, викарием Сарапульской епархии (Удмуртия). 23 декабря 1927 года в связи с 10летним юбилеем революции срок ограничения прав для епископа был сокращен на одну четверть.
Но в 1927 году Сарапульское ОГПУ произвело массовые обыски у духовенства в Воткинске в поисках послания, которое распространялось от имени архиепископа Сарапульского Алексия (Кузнецова). 4 февраля власти арестовали епископа Онисима и он был заключен в тюрьму и обвинен в «распространении нелегальной литературы контрреволюционного характера». 22 июня 1928 года приговорен к 3 годам заключения в Соловецком концлагере. Владыка прибыл в лагерь, когда там находилось более полутора десятка православных архиереев, множество священников и мирян. На епископа лагерным начальством была возложена обязанность зажигать маяк, что было непросто: надо было в утлой лодчонке в любую погоду плыть к маяку, часто по непогоде ложась на дно лодки, а затем, не имея где отогреться, продрогшим и замерзшим зажигать огонь на маяке и возвращаться.
Перед окончанием срока заключения в лагере — 3 января 1931 года Особое Совещание при Коллегии ОГПУ приговорило епископа к трем годам ссылки в Северный край, и из Соловков он сразу же был направлен в Архангельск, где и поселился в качестве ссыльного, зарабатывая на жизнь работой в госфотографии.
За 9 месяцев до окончания срока ссылки, 7 мая 1933 года, епископ Онисим направил митрополиту Сергию письмо, в котором описывал свое тяжелое физическое состояние и болезни и просил исходатайствовать перед властями его досрочное освобождение «по старости и неспособности к труду». Это письмо попало к одному из начальников ОГПУ. 10 августа 1933 года Особое Совещание при Коллегии ОГПУ постановило досрочно освободить епископа. В том же году митрополит Сергий назначил епископа Онисима на Тульскую кафедру.
Епископ Онисим деятельно приступил к управлению Тульской епархией. Узнав, что гдето в приходе нет священника, владыка сразу же направлял туда другого, только чтобы храм не был закрыт. Когда власти не давали регистрации священнику или забирали ее, он также срочно находил другого священника, лишь бы не допустить закрытия храмов. Бывали случаи, когда руководство колхоза, не закрывая формально храм, ссыпало в него зерно, и тогда епископ благословлял священника совершать богослужения на паперти. Но, несмотря на все эти меры, храмы закрывались один за другим. Священников, оставшихся без приходов, епископ благословил совершать по возможности богослужения в домах прихожан.
Епископ Онисим помогал многим ссыльным и арестованным священнослужителям, оказывал посильную помощь посылками, письмами. Возвращающихся из ссылок и заключения священников назначал на приходы. Помогал им материально.
Владыка часто служил и за каждым богослужением говорил проповеди, призывая к проповеднической деятельности и духовенство, изза чего иной раз входил с некоторыми священниками в конфликт, так как они отказывались проповедовать, оправдываясь гонениями и тем, что любую проповедь власти могут истолковать превратно.
Не боясь наветов обновленцев и репрессий властей, епископ Онисим совершал постриги. Архиерейские службы владыка проводил в основном в одном из древнейших храмов Тулы – Ильинской церкви. Небольшой (бывший приходской) храм бывал переполнен даже в обычные дни.
Власти не могли допустить усиления православного влияния в Туле. 18 декабря 1935 года епископ Онисим был арестован и заключен в Бутырскую тюрьму в Москве. Вместе с ним были арестованы еще 26 человек, в основном священники и монашествующие.
16 апреля 1936 года епископ Онисим был осужден и сослан на 5 лет в Северный край в город Каргополь Архангельской области. Владыка поселился на его окраине в небольшом деревянном доме, в котором им была устроена домашняя церковь. Хозяева дома были верующие люди, с начала гонений принимавшие у себя ссыльное духовенство. Недолго пришлось прожить епископу Онисиму в ссылке, поднялось очередное гонение на Церковь, и в Рождественский сочельник, 6 января 1938 года, он был арестован. Допрос состоялся в самый день празднования Рождества Христова.
В последующие дни были вызваны два свидетеля — священник и мирянин, которые показали: «В ноябре 1937 года в газете “Известия” была помещена статья под заглавием “Церковники и сектанты на службе у фашистов”. По этому поводу Пылаев заявил, что газетам современным верить нельзя, пишут разную чепуху и ложь, никаких шпионов в нашей среде нет».11 января 1938 года следствие было закончено, епископ был переведен в тюрьму в город Архангельск. 13 января приговорен к высшей мере наказания.
Епископ Онисим (Пылаев) был расстрелян 27 февраля 1938 года в Архангельске и погребен в безвестной общей могиле.
Во время Великой Отечественной войны Святейший Патриарх Сергий в своем заявлении правительству от 27 октября 1943 года, не зная о гибели большинства из архипастырей Церкви, указывал имена представителей епископата, которых бы он желал видеть в Москве для работы в составе нового Синода. Среди прочих бывших нижегородских святителей им был назван и Преосвященный Онисим.
Канонизация: Определением Священного Синода РПЦ от 17 июля 2001 года по представлению Тульской епархии причтён к сонму новомучеников и исповедников Церкви Русской.