Schon gegen Ende des 2. Jahrhunderts dürfte es in Trier eine Christengemeinde gegeben haben. Die ununterbrochene Reihe der Trierer Bischöfe beginnt in der zweiten Hälfte des 3. Jahrhunderts mit Eucharius, Valerius und - mittelalterlicher Überlieferung nach - Maternus. Damit ist das Bistum Trier das älteste deutsche Bistum, das älteste Bistum diesseits der Alpen.

Im vierten Jahrhundert wendet sich Kaiser Konstantin der Große (306-337) dem Christentum zu, baut Trier zur Residenzstadt aus und lässt hier ein Kirchenzentrum von imperialer Größe errichten. In spätrömischer Zeit ist trier Hauptstadt der römischen Provinz "Belgica Prima". Dem Bischof der Stadt kommt der Rang eines Metropoliten zu. Diesen Vorrang behält Trier im Mittelalter und in der Frühen Neuzeit. Zur Trierer Kirchenprovinz gehörten als Suffraganbistümer Metz, Toul und Verdun, ab 1777 zusätzlich die auf dem Territorium des Bistums Toul neu errichteten Diözesen Nancy und St. Dié. Ausgehend vom Trierer Kernland dringt das Christentum seit dem ausgehenden vierten Jahrhundert allmählich in die Landgebiete vor. Das Erzbistum erstreckt sich von der Maas im Westen beiderseits der Mosel und der Lahn nach Osten bis in die Gegend von Gießen. Seit dem 10. Jahrhundert können sich die Erzbischöfe von Trier auch als weltliche Herren in der Bischofsstadt und in Teilen des Bistums durchsetzen. Der Erzbischof von Trier ist einer der sieben Reichsfürsten, die den deutschen König wählen. Unter den Trierer Kurfürst-Erzbischöfen ragt Balduin von Luxemburg (1308-1354) besonders hervor. Er hat großen Einfluss im Reich, erneuert die Verwaltung des Trierer Kurstaates und vereinheitlicht das liturgische Leben der trierischen Kirche. Ein Reformationsversuch in Trier (1559) scheitert. Doch im Hunsrück-Nahe-Raum und im rechtsrheinischen Teil des Erzbistums wenden sich im 16. Jahrhundert weite Gebiete dem Protestantismus zu.

Infolge der Französischen Revolution gehen Kirchenprovinz und Erzbistum Trier unter. Mit wenigen späteren Änderungen erhält das Bistum Trier 1821 seine heutige Gestalt und gehört seitdem zur Kirchenprovinz Köln. Unter Bischof Wilhelm Arnoldi (1842-1864) findet 1844 eine große Wallfahrt zum Heiligen Rock statt, die dem katholischen Leben neuen Auftrieb gibt. Der Heilige Rock, der Tradition nach das ungeteilte Gewand Christi, ist die wichtigste Reliquie, die im Trierer Dom aufbewahrt wird. Auf Bitten Kaiser Maximilians I. hatte Erzbischof Richard von Greiffenklau 1512 die Reliquie erstmals öffentlich gezeigt. Bis dahin war die Tunika Christi im Petrusaltar des Doms aufbewahrt worden, wo Erzbischof Johann I. sie bei der Altarweihe 1196 deponiert hatte. Aus dem sogenannten Kulturkampf in den 1870er Jahren geht die Kirche im Bistum Trier gestärkt hervor. Äußeres Zeichen dafür sind unter anderem die Heilig-Rock-Wallfahrt von 1891 sowie die vielen Kirchenbauten Ende des 19. und Anfang des 20.Jahrhunderts. Bischof Bernhard Stein (1967-1980) fällt die Aufgabe zu, die Beschlüsse des 2. Vatikanischen Konzils (1962-1965) und die Anregungen der Würzburger Synode (1971-1975) in der Kirche von Trier umzusetzen. 2010 wird mit Dr. Reinhard Marx, der von 2002 bis 2008 Bischof von Trier war und dann Erzbischof von München und Freising wird, erstmals ein früherer Trierer Bischof Kardinal. Seit dem 24. Mai 2009 ist Dr. Stephan Ackermann Bischof von Trier.

Das Bistum Trier umfasst die ehemaligen rheinland-pfälzischen Regierungsbezirke Trier und Koblenz (das rechtsrheinische Gebiet nur teilweise) sowie das Saarland mit Ausnahme des Saar-Pfalz-Kreises. Westlich grenzt das Bistum Trier an Belgien (Bistum Lüttich), Luxemburg (Erzbistum Luxemburg) und Frankreich (Bistum Metz).

Das Bistum Trier gliedert sich in die drei Visitationsbezirke: Koblenz, Saarbrücken und Trier. Jedem dieser Visitationsbezirke ist jeweils ein Weihbischof als Bischofsvikar zugeordnet. Die Weihbischöfe Robert Brahm (Saarbrücken), Dr. Helmut Dieser (Trier) und Jörg Michael Peters (Koblenz) führen die bischöflichen Visitationen durch und spenden jungen Christen das Sakrament der Firmung.

Unterhalb der Ebene der Visitationsbezirke gliedert sich das Bistum Trierin 35 Dekanate.