При императоре Диоклетиане здесь претерпели мученическую кончину св. Евлалия (память местная 12 февраля) и св. Кукуфат (память местная 15, 16 февраля и 25 июля). Первый достоверно известный епископ Барселоны Претекстат упоминается среди участников Собора в Сардике в 347 г. Его преемником был писатель-апологет Пациан (ум. около 390 г.), а следующий епископ Лампий (ум. после 400 г.) рукоположил св. Павлина Милостивого, будущего епископа Ноланского. К концу IV в. в Барселоне существовала представительная христианская община; к этому времени исследователи относят открытые в ходе археологических раскопок фундаменты трёхнефного собора (около 400 г.) и крещальни (V в.?). С V в. епископство Барселоны – часть церковной провинции Таррагона. Папа Римский Иларий (461–468 гг.) признал законным епископом Барселоны Иринея, занявшего кафедру Барселоны по желанию своего предшественника Нундинария. В 540 и 599 гг. в Барселоне проводились провинциальные церковные Соборы. При епископе Квирине (655–666 гг.?) было установлено почитание и особое богослужение местных мучеников. Во время арабского завоевания христианская церковь не была уничтожена, христиане должны были платить специальный налог (dima), от которого освобождались жители, перешедшие в ислам, однако от этого времени не сохранилось ни одно из имён епископов Барселоны, кафедральный собор Святого Креста был перестроен в мечеть. После отвоевания Барселоны франками епископство Барселоны вошло в митрополию Нарбоны, причём в 840 г. сохранившаяся в Барселоне вестготская (мосарабская) богослужебная система заменяется франко-римской. В 878 г. епископом Фродоином были обретены мощи св. Евлалии, находившиеся под полом алтаря базилики Санта-Мария дель Кампо, с этого времени святую стали почитать как покровительницу Барселоны. С XI в. вместе с ростом влияния барселонских графов возрастает значение епископства, распространившего свою юрисдикцию на Балеарские острова (1115 г.). В 1128 г. Таррагона, отвоёванная у арабов (1090 г.), вновь стала центром церковной провинции, в состав которой вошла Барселона наряду с другими каталонскими епископствами. В период схизмы в катлической церкви (1378–1415 гг.) епископы Барселоны, находясь под влиянием королей Арагона, поддерживали авиньонских пап. С конца XV в. епископы Барселоны теряют своё влияние, выступая против централизаторской политики государства, проводимой испанскими «католическими королями». В 1964 г. Барселона была возведена в ранг архиепископства, подчинённого непосредственно Римскому престолу. В настоящее время из 4680 тыс. населения церковной провинции более 4303 тыс. – католики.