A história da Diocese de Londrina se inicia com a fundação do município de Londrina, na década de 1930, tendo como marco a criação da Paróquia de Londrina em 03 de março de 1934 pelo então Bispo de Jacarezinho, Dom Fernando Taddei, declarando como patrono da comunidade o Sagrado Coração de Jesus.
No espaço de tempo entre a criação da Paróquia de Londrina e sua elevação, em 1956, a Diocese separada de Jacarezinho, se destaca a construção de três catedrais, a primeira em madeira (1934), a segunda em alvenaria (1939) e a terceira em aço e cimento (iniciada em 1954), além da criação das Paróquias Paróquia Nossa Senhora Aparecida (1952), localizada na Vila Nova, Paróquia Nossa Senhora de Fátima (1955), localizada na Vila Casoni.
A elevação de Londrina ao nível de Diocese ocorreu no dia 1º de fevereiro de 1956, por meio da bula do Papa Pio XII “Latíssimas Partire Eclesias”, ocorreu a efetiva instalação em 17 de fevereiro de 1957, sendo escolhido como primeiro Bispo Geraldo Fernandes Bijos.
Com a efetiva instalação da Diocese, a mesma entra numa fase de expansão das paróquias, entre 1957 e 1971, quando se deu a elevação da Diocese ao nível de Arquidiocese, foram instaladas 17 novas igrejas. Além disto, a Arquidiocese entrou num processo de arrecadação de recursos para a conclusão da nova Catedral. Em 1965, se implantou o primeiro seminário da Diocese, sendo inaugurado em março deste mesmo ano.
No inicio da Década de 1970, após a avaliação da Cúria do Vaticano, a então Diocese de Londrina foi elevada ao nível de Arquidiocese em 31 de outubro de 1970, e efetivada mantendo Dom Geraldo Fernandes Bijos como o primeiro Arcebispo de Londrina. A cerimônia de criação do Arcebispado de Londrina ocorreu em 21 de março de 1971, na época, estava em obras, abrigada apenas pela imensa estrutura de ferro rompendo os céus da cidade. As telhas de alumínio só cobriam a parte alta da edificação até a altura das atuais grandes janelas em forma de capelas que compõem sua arquitetura, que só seria a efetivamente inaugurada em 17 de dezembro de 1972.
Justificado pela grande carga de trabalho de Dom Geraldo, o Vaticano nomeia em 1973 o primeiro Bispo Auxiliar de Londrina, Dom Agostinho Marochi, que ficaria neste posto até 1976, quando foi nomeado Bispo de Presidente Prudente, no estado de São Paulo. Em 1978, um novo Bispo Auxiliar é enviado para Londrina, Dom Luiz Colussi.
Nos anos 1980, ocorre a primeira troca de Arcebispos em Londrina, devido ao falecimento em 29 de março de 1982, causado por problema cardiaco, de Dom Geraldo Fernandes por Dom Geraldo Majella Agnelo, então Bispo de Toledo. A posse de Dom Geraldo Majella ocorreu em 28 de janeiro de 1983. O arcebispado Dom Geraldo destaca-se dois acontecimentos:Ações de cunho administrativo como a aquisição da residência episcopal, a revitalização da estrutura pastoral e administrativa da Arquidiocese e das Paróquias, e a reformulação da organização do Seminário Paulo VI. Por outro lado, é no Arcebispado de Dom Geraldo Majella que se criará a Pastoral da Criança em 1983, na cidade de Florestópolis, sob a coordenação de Zilda Arns.
Dom Geraldo permanecera como Arcebispo de Londrina até 1992, quando a convite do Papa João Paulo II, a Secretaria da Congregação para o Culto Divino e Disciplina dos Sacramentos. No mesmo ano, o Vaticano escolhe como o terceiro Arcebispo de Londrina, Dom Albano Cavallin, transferido de Guarapuava.
O Arcebispado de Dom Albano Cavallin é considerado como um período de ação missionária, principalmente devido ao grande número de católicos afastados, esta característica missionária é evidenciada pelas denominadas “Missões Populares” em 1999, onde 14 mil missionários católicos percorreram 100 mil lares.
Devido a exigências do Código de Direito Canônico, que determina a aposentadoria compulsória aos 75 anos, Dom Albano Cavallin encerrou sua passagem à frente da Igreja de Londrina em 2006, tornando-se arcebispo emérito.
Em 10 de maio de 2006, O Papa Bento XVI nomeou como novo Arcebispo de Londrina, Dom Orlando Brandes, serviço que exerceu até ser nomeado Arcebispo de Aparecida, onde tomou posse em 21 de janeiro de 2017.
No dia 21 de janeiro de 2017, a Santa Sé anunciou o Administrador Apostólico Dom Manoel João Francisco, onde exerceu até o 12/08/2017.
Dia 14 de junho de 2017, a Santa Sé anunciou Dom Geremias Steinmetz como novo arcebispo de Londrina sendo 5º arcebispo de Londrina. A missa de posse com entrada solene foi no dia 12 de agosto de 2017.