Giáo phận Thanh Hoá tuy mới thành lập (7-5-1932), so với một số giáo phận trong giáo tỉnh Hà Nội, nhưng đã đóng góp những sự kiện quan trọng vào trang sử đầu của Giáo hội Việt Nam và đây cũng là những nét chính yếu hình thành nên giáo phận Thanh Hoá.

  Theo quyển “Đỗ tộc gia phả” tìm thấy ở họ Bồng Trung, xứ Kẻ Bền: ông Đỗ Hưng Viễn, người con thứ hai của cụ Đỗ Biểu, một vị quan lớn của triều đình thời Lê Anh Tông (1556 - 1573), đã tiếp xúc với tàu buôn người Hoa Lang và theo đạo Hoa Lang. Cũng theo quyển gia phả này, ông Đỗ Viên Mãn (là con trưởng của cụ Đỗ Cảnh) đã theo đạo Hoa Lang khi có dịp tiếp xúc với người ngoại quốc cập bến Cửa Bạng (Ba Làng). Như vậy, có thể nói hai ông Đỗ Hưng Viễn và Đỗ Viên Mãn là những tín hữu đầu tiên theo đạo Công giáo không chỉ ở Thanh Hoá mà còn trong cả nước Việt Nam.

  Khoảng năm 1590, giáo sĩ Pedro Ordonõez de Cevallos (Tây Ban Nha) trên đường sang Nhật, tàu gặp bão, dạt vào cửa Lạch Trường (Thanh Hoá), ông đến An Trường, kinh đô của nhà Lê và đã rửa tội cho chị của vua Lê Thế Tông và khoảng 100 người khác.

  Ngày 19-3-1627, giáo sĩ P. Marques và Alexandre de Rhodes (Đắc Lộ) đặt chân đến Cửa Bạng (xã Hải Thanh, Thanh Hoá) vào ngày lễ kính Thánh Giuse, đã chính thức mở đầu cho cuộc truyền bá Tin Mừng ở Việt Nam.

  Tháng 4-1627, tại Thanh Hoá đã có hai nhà thờ An Vực và Vân No. Đây là những ngôi nhà thờ đầu tiên tại giáo đoàn miền Bắc.

  Từ năm 1659, thành lập giáo phận Đàng Ngoài, đến giáo phận Tây Đàng Ngoài (1679), giáo phận Tây (1846), giáo phận Đoài (1895), giáo phận Thanh (1901), sau là giáo phận Phát Diệm (1924), vùng đất Thanh Hoá đã có nhiều cơ sở và giáo xứ đông người do các cha dòng Tên và Hội Thừa sai Paris phục vụ.

  Suốt thời kỳ hình thành và phát triển giáo phận Đàng Ngoài, và đặc biệt tại Thanh Hoá, các thừa sai, linh mục, tu sĩ và giáo dân sống trên mảnh đất này đã dùng chính sự sống cùng xương máu để làm chứng cho Tin Mừng Đức Kitô, nổi bật như Thánh nữ Anê Lê Thị Thành, cha Thánh Giacôbê Đỗ Mai Năm (1781-1838), cha Thánh Phaolô Nguyễn Ngân (1790-1840), cha Thánh Phaolô Lê Bảo Tịnh (1793-1857), cha Thánh Gioan Đạt (1765 - 1798).

  Ngày 7-5-1932, Toà Thánh ký sắc thành lập giáo phận Thanh Hoá và cử Đức cha Louis de Cooman Hành, giám mục phó Phát Diệm, làm giám mục tiên khởi giáo phận mới. Ngày 12-9, Đức cha đến nhận giáo phận. Năm 1932, giáo phận Thanh Hoá có 26 linh mục thừa sai, 48 linh mục Việt Nam, 82 thầy giảng, 18 giáo xứ với chừng 45.000 giáo dân người Việt và 5.000 người dân tộc, trên tổng số dân khoảng 1.500.000 người. Giáo phận đã có nhà thờ chính toà, nhà chung (toà giám mục), một trường tiểu chủng viện xây năm 1918, tại Hữu Lễ, đào tạo linh mục cho Châu Lào; một trường tập ở Ba Làng để trở thành tiểu chủng viện và 4 dòng tu: dòng Kín, dòng Mến Thánh Giá, dòng Đức Bà Truyền Giáo và dòng Phanxicô. Ngoài ra, giáo phận mới cũng đã có một trại phong, một nhà thương và một nhà dục anh. Sau này có thêm trường trung học Nhà Chung trước khi có cơ sở mới lấy tên Trương Vĩnh Ký.

  Ngày 17-3-1959, cha Tổng quản Phêrô Phạm Tần nhận sắc phong giám mục, hiệu toà Giustiniapoli, giám quản tông toà Thanh Hoá. Ngày 24-11-1960, ngài nhận được sắc phong chính toà Thanh Hoá, nhưng mãi đến ngày 26-6-1975 mới được tấn phong giám mục. Ngài qua đời ngày 1-2-1990. Đức Hồng y Giuse Trịnh Văn Căn được Toà Thánh chỉ định làm giám quản tông toà cho đến khi ngài qua đời ngày 18-5 cùng năm. Từ 1990-1994, giáo phận trống toà cho đến khi Đức cha Bartôlômêô Nguyễn Sơn Lâm được thuyên chuyển về Thanh Hoá và nhận giáo phận ngày 24-6-1994 cho đến 9-6-2003 ngài từ trần. Đức ông G.B. Lưu Văn Khuất được cử làm giám quản tông toà giáo phận. Ngày 27-10-2003, Đức ông G.B. Khuất qua đời.

  Ngày 12-6-2004, Đức Thánh Cha Gioan Phaolô II bổ nhiệm Cha Giuse Nguyễn Chí Linh làm Giám mục Giáo phận Thanh Hoá.