A 10. század legvégén Géza fejedelem által alapított egyházmegye széles sávban húzódott keresztül a Dunántúlon a Drávától egészen a Dunáig. Területe a középkorban magában foglalta Somogy, Zala, Veszprém és Fejér megyéket, valamint a később megszűnt Pilis megyét. A püspökség több szállal kötődött a magyar királynékhoz. Veszprém, már Géza fejedelem felesége, Sarolt óta a „királynék városa” volt. Az egyházmegye főpásztorának volt joga a királynék megkoronázása, s egyben ők lettek a mindenkori királyné kancellárjai. Az uralkodók gyakran bíztak rájuk diplomáciai szolgálatokat. A diplomata-püspökök sorában a legismertebb a Mátyás király idején élt Vetési Albert (1458–1486) volt. A 15. század második felétől egyre több püspök kényszerült katonai feladatok felvállalására is, mint például a híres törökverő Beriszló Péter (1512–1520).
A 16. század török hódításai nem kímélték az egyházmegye területét sem. A Balatontól délre és keletre elterülő védtelenebb területek már a hódítás első évtizedeiben az oszmánok kezére kerültek, de maga a püspöki székhely, Veszprém sem volt biztonságban. Emiatt 1544-ben mind a káptalan, mind a püspök úgy döntöttek, hogy elhagyják a várost. A káptalan Sopronba, a püspök pedig védettebb várába Sümegre költözött. Magát Veszprémet első ízben 1552-ben foglalták el a török csapatok másfél évtizedre. Ezen kívül még további két alkalommal került a törökök kezébe a tizenötéves háború harcaiban, 1593 és 1598 között; illetve egy rövid időre 1683-ban. E néhány év kivételével magyar (és német) végvári katonaság uralta a települést. A Sümegen élő vagy országos politikai feladatokkal megbízott püspököknek kevés lehetőségük nyílt az egyházmegyéjükben élő hívek lelkigondozására. A káptalan már 1630-ban visszaköltözött vissza a városba, a püspök visszatérésére pedig még egy évszázadot kellett várni.
A 18. század elejétől az egymást követő püspökök, főként Volkra Ottó János (1710–1720), Acsády Ádám (1725–1744) és Padányi Bíró Márton (1745–1762) nagy eréllyel láttak hozzá az újjászervezéshez. Az elpusztult templomok, plébániák felújítása és újjászervezése, a protestánsok áttérítése, valamint a papnevelés újjáélesztése mellett gondot fordítottak az egyházi fegyelem megszilárdítására is. Erre az időszakra esik az egyházmegye területének első nagy átszervezése is. 1777-ben Fejér megye területén létrehozták a székesfehérvári püspökséget, a vasi és nyugat-zalai plébániákat pedig az újonnan alapított szombathelyi püspökséghez csatolták. Ugyanekkor került át a pápai főesperesség a győri püspökségtől a veszprémihez. Az egyházmegye 19. századi főpásztorai közül Kopácsy József (1825–1842) a nemzeti ügy támogatójaként 1833-ban elrendelte a magyarnyelvű anyakönyvvezetést, 1834-ben tanítóképzőt alapított, Ranolder János (1849–1875) pedig elsősorban az az irgalmas nővérek számára alapított lányiskoláival (a Ranolder-intézetekkel) tette emlékezetessé nevét.
A 20. század elején Hornig Károly püspök (1888–1917) a magyar püspökök közül elsőként adatta ki a püspökség római okmánytárát, 1907–1910 között pedig neoromán stílusban „restauráltatta” a székesegyházat. A század második fele azonban ismételt megpróbáltatásokat hozott úgy az ország, mint az egyház életébe. A második világháború alatt volt az egyházmegye püspöke Mindszenty József (1944–1945), a későbbi prímás, akit akkor a nyilas diktatúra zárt börtönbe. Egyik utódja, Badalik Bertalan (1949–1965) domonkos szerzetes a kommunista diktatúra alatt, 1957-től főpásztori idejének második felét, hejcei magányban, egyházmegyéjétől távol volt kénytelen tölteni. A rendszerváltozást követően, 1993-ban újabb szervezeti átalakuláson esett át az egyházmegye. A Balatontól délre eső Somogy és Zala megyei területekből II. János Pál pápa létrehozta a kaposvári püspökséget, s ezzel együtt Veszprémet érseki rangra emelte.