El 12 de junio de 1924, fue establecida la Prefectura Apostólica del Sinú por medio de la Bula Christi Domini del Papa Pio XI, con territorio desmembrado de la Arquidiócesis de Cartagena. Del IEME (Instituto Español de San Francisco Javier para las Misiones Extranjeras).  Se designa como primer Prefecto Apostólico al Padre Marcelino Lardizábal, con sede en la población de San Marcos (Sucre).

El 12 de enero de 1931, por efecto del breve Constitutione Apostolica del Papa Pío XI, tomó el nombre de Prefectura Apostólica del Sinú y San Jorge.

El 10 de marzo de 1950 la Prefectura Apostólica fue elevada a Vicariato Apostólico por la Bula Si Evangélicos del Papa Pío XII. Como su primer Vicario fue nombrado Monseñor Francisco Santos Santiago, quien se encontraba presidiendo una labor misionera en Panamá. La cabecera del Vicariato, después de disputársela Ayapel (Córdoba) y San Marcos (Sucre), resultó ser San Benito Abad (Sucre).

El 20 de noviembre 1954 se cedió una porción de su territorio en favor de la erección de la Diócesis de Montería.

El 25 de abril 1969, el Vicariato Apostólico cedió otra porción de territorio a favor de la erección de las Diócesis de Sincelejo y Magangué. En esa misma fecha, en virtud de la Bula Ex quo Deo, del papa Pablo VI, el Vicariato pasó hacer Prelatura Territorial y asumió el nombre de Prelatura Territorial del Alto Sinú y San Jorge, con sede en Montelíbano – Córdoba, su primer Obispo Prelado fue Mons. Alfonso Sánchez Peña, sacerdote clareatiano, quien se posesionó el 25 de octubre de 1969. 

Mons. Sánchez Peña gobernó la jurisdicción por espacio de 20 años, hasta el 15 de abril de 1989. Lo sucedió como Obispo Prelado Mons. Flavio Calle Zapata, de la Diócesis de Santa Rosa de Osos, desde el 15 de abril de 1989 hasta el 19 de marzo de 1993. 

Luego fue nombrado Mons. Julio César Vidal Ortiz, de la Diócesis de Montería, el 16 de diciembre de 1993. El 29 de diciembre 1998, por medio de la Bula MinisteríumTotíus del Papa Juan Pablo II, la Prelatura fue elevada a Diócesis y tomó su nombre actual: Diócesis de Montelíbano, cuyo primer obispo fue Mons. Julio César Vidal Ortiz, hasta el 31 de octubre de 2001 cuando fue trasladado a la sede de Montería.  

Luego viene Como Obispo Mons. Edgar De Jesús García Gil, quien era obispo de auxiliar de la Arquidiócesis de Cali, nombrado el 28 de octubre de 2002, posesionado el 7 de diciembre de 2002, dirigió los destinos de la Diócesis hasta el 31 de julio de 2002 cuando se posesionó como Obispo de Palmira.

El l 2 de febrero de 2012, fue nombrado como Obispo de Montelíbano, Mons. Luis José Rueda Aparicio, del Clero de la Diócesis de Socorro y San Gil.  se posesionó el 28 de abril de 2012 y acompañó esta Iglesia Particular hasta el 7 de julio de 2018 día de su posesión como Arzobispo de Popayán.

El actual Obispo, Mons. Farly Yovany Gil Betancur, de la Diócesis de Santa Rosa de Osos, fue nombrado para esta sede el 4 de marzo de 2020, ordenado el 18 de junio y tomando posesión el 24 de junio del mismo año.