La diócesis fue erigida el 29 de junio de 1966 mediante la bulaApostolico muneri del papaPablo VI, obteniendo el territorio de la arquidiócesis de Cali y de la diócesis de Palmira.[3] El 3 de enero de 1967 el sumo papa designó a Julián Mendoza Guerrero, del clero de Cali, como primer obispo de Buga. Su ordenación episcopal fue el 5 de marzo de 1967 en la Catedral de San Pedro y el mismo día tomó posesión de su sede episcopal, la cual gobernó hasta su fallecimiento el 4 de agosto de 1984.
El 17 de enero de 1985, el papa Juan Pablo II nombró a Rodrigo Arango Velásquez, como nuevo obispo de Buga. Tomó posesión el 25 de marzo de 1985 y gobernó hasta el 19 de enero de 2001, cuando se jubiló por llegar a la edad canónica. En esa misma fecha el papa designó a Hernán Giraldo Jaramillo como nuevo obispo de Buga, quien tomó posesión el 19 de marzo de 2001. El 4 de agosto de 1997 se estableció el seminario diocesano de los Doce Apóstoles.
A mediados de mayo de 2012 el papa Benedicto XVI designó como nuevo obispo de Buga a José Roberto Ospina Leongómez, quien se desempeñaba en aquel momento como obispo auxiliar de la arquidiócesis de Bogotá. Sustituyendo a Giraldo Jaramillo, cuya renuncia fue aceptada tras cumplir la edad canónica de retiro.
Estadísticas
De acuerdo al Anuario Pontificio 2023 la diócesis tenía a fines de 2022 un total de 439 974 fieles bautizados.