Giám mục Antôn Nguyễn Văn Thiện được tấn phong giám mục năm 1961, dưới thời Giáo hoàng Gioan XXIII, bởi:[6]

• Chủ phong: Tổng giám mục Tiên khởi Tổng giáo phận Huế Phêrô Máctinô Ngô Đình Thục
• Hai vị Phụ phong: Jean Cassaigne, M.E.P., nguyên Đại diện Tông Tòa địa phận Sài Gòn (Hạt Đại diện Tông Tòa Sài Gòn) và giám mục Tađêô Lê Hữu Từ, nguyên Đại diện Tông Tòa Phát Diệm.

Giám mục Antôn Nguyễn Văn Thiện là giám mục Phụ phong trong nghi thức truyền chức giám mục cho các giám mục:[6]

• Năm 1965, giám mục Giacôbê Nguyễn Ngọc Quang, hiện đang là cố Giám mục chính tòa Giáo phận Cần Thơ.
• Năm 1968, giám mục Giacôbê Nguyễn Văn Mầu, hiện đang là cố Giám mục chính tòa Giáo phận Vĩnh Long.