Giáo phận Qui Nhơn có thể được xem một trong 2 giáo phận có lịch sử hoạt động lâu đời. Ngày 9 tháng 9 năm 1659, Tòa Thánh đã thành lập hai hạt Đại diện Tông tòa Đàng Ngoài và Đàng Trong trên phần lãnh thổ tương ứng với 3 nước Việt Nam, Lào và Campuchia ngày nay. Hạt Đại diện Tông tòa Đàng Trong tương ứng vùng đất Đàng Trong và Cao Miên bấy giờ, được giao cho Giám mục hiệu tòa Berytus Lambert de la Motte làm Đại diện Tông tòa, lấy Quy Nhơn làm trung tâm truyền giáo ở Đàng Trong.

Địa giới giáo phận ổn định trong gần 200 năm, đến năm 1844 thì được chia thành Hạt Đại diện Tông tòa Đông Đàng Trong (tương ứng từ Quảng Bình đến Bình Thuận ngày nay) và Hạt Đại diện Tông tòa Tây Đàng Trong (tương ứng với Nam Bộ Việt Nam và Campuchia). Năm 1850, Hạt Đại diện Tông tòa Đông Đàng Trong một lần nữa được chia thành Hạt Đại diện Tông tòa Đông Đàng Trong (từ Quảng Nam đến Bình Thuận) và Hạt Đại diện Tông tòa Bắc Đàng Trong (Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế). Năm 1905, tỉnh Bình Thuận được chuyển giao cho Hạt Đại diện Tông tòa Tây Đàng Trong quản lý. Năm 1924, Hạt Đại diện Tông tòa Đông Đàng Trong được đổi thành Hạt Đại diện Tông Tòa Qui Nhơn, theo tên địa phương đặt Tông tòa Giám mục.

Năm 1932, Tòa Thánh tách xứ truyền giáo Kontum (tương ứng Tây Nguyên ngày nay) khỏi Hạt Đại diện Tông tòa Qui Nhơn để thành lập Hạt Đại diện Tông tòa Kontum. Đến năm 1957, hai tỉnh Khánh Hòa và Ninh Thuận thuộc địa phận cũng được tách ra, hợp với hai tỉnh Bình Thuận và Bình Tuy (thuộc Hạt Đại diện Tông tòa Sài Gòn) để thành lập Hạt Đại diện Tông tòa Nha Trang.

Ngày 24 tháng 11 năm 1960, Hạt Đại diện Tông tòa Qui Nhơn được Tòa Thánh nâng lên thành Giáo phận chính tòa. Năm 1963, vùng Quảng Nam - Đà Nẵng được tách ra để thành lập Giáo phận Đà Nẵng. Từ đó, Giáo phận Qui Nhơn ổn định địa giới cho đến ngày nay.