Fue creada con el nombre de San José de Melipilla por el Papa Juan Pablo II, el 4 de abril de 1991 mediante la Bula «Quo Aptius» y fue desmembrada de la Arquidiócesis de Santiago (la antigua «Zona Rural Costa»). Actualmente comprende las provincias de Melipilla, Talagante (Región Metropolitana), San Antonio (Quinta Región) y Navidad (Sexta Región).

La Diócesis tiene un total de 31 Parroquias agrupadas en cuatro decanatos: Decanato de San Antonio, Decanato de Talagante, Decanato de Melipilla y Decanato Rural.

Su primer Obispo fue Mons. Pablo Lizama Riquelme, quien detentó este cargo desde 1991 hasta que en noviembre de 1999 fue nombrado Obispo Castrense de Chile. Durante nueve meses la Sede episcopal estuvo vacante, tiempo durante el cual Pbro. Rafael Vicuña Valdés ejerció el cargo de Administrador Apostólico.

A fines de mayo del año 2000 la Santa Sede nombra Obispo de nuestra Diócesis al entonces Obispo de Iquique Mons. Enrique Troncoso Troncoso quien tomó posesión de la Diócesis de San José de Melipilla el 23 de julio del mismo año hasta marzo de 2014, en donde fue nombrado Obispo Emérito de la Diócesis. Mons. Enrique Troncoso Troncoso falleció el 29 de marzo de 2018.

El 7 de marzo de 2014 el papa Francisco nombró a Mons. Cristián Contreras Villarroel como obispo de nuestra diócesis, quien asumió su Ministerio Episcopal el 31 de mayo del mismo año.

Su Patrono es San José, esposo de la Virgen María, Fiesta que se celebra cada 19 de marzo.