Das Bistum Palmira wurde am 17. Dezember 1952 durch PapstPius XII. aus Gebietsabtretungen des Erzbistums Popayán und des Bistums Cali errichtet. Am 29. Juni 1966 gab das Bistum Palmira Teile seines Territoriums zur Gründung des Bistums Buga ab. Das Bistum Palmira ist dem Erzbistum Cali als Suffraganbistum unterstellt.