Le prime notizie su questa diocesi risalgono all'XI secolo collegate alla figura di san Giorgio di Suelli, secondo la tradizione primo vescovo di questa diocesi, sepolto a Suelli che sempre secondo la tradizione fu sede vescovile.
Bisogna aspettare il 1777 per la prima iniziativa per il ristabilimento di questa diocesi, per separazione dalla Mitra arcivescovile di Cagliari. Così fu esplicitato con Parere del Supremo Consiglio di Torino sul "Piano elaborato dalla commissione di Cagliari" in data 28 dicembre 1797.
Successivamente, anche a seguito della supplica del 29 gennaio 1824 di re Carlo Felice, il 4 agosto 1824 fu pubblicato il decreto concistoriale Summa Gratia con il quale vennero fissati i punti essenziali costitutivi della nuova diocesi dell'Ogliastra.
L'8 novembre fu pubblicata la bollaApostolatus Officium di papa Leone XII con la quale l'Ogliastra diventò diocesi autonoma con sede vescovile a Tortolì. Con decreto del 22 maggio 1825, monsignor Nicolò Navoni, arcivescovo di Cagliari, diede inizio alla vita della nuova diocesi.
Per tutto il XIX secolo la diocesi dell'Ogliastra ebbe una marcata discontinuità nella successione episcopale, caratterizzata da lunghi periodi di sede vacante.
Papa Pio XI con la bolla Supremi pastoralis del 5 giugno 1927 decretò di trasferire la sede e la cattedra ogliastrina insieme con il capitolo della cattedrale, con i benefici minori e con il seminario da Tortolì a Lanusei. L'adempimento fu realizzato dal vescovo Giuseppe Miglior con il suo arrivo il 4 dicembre 1927.
Il 30 settembre 1986, nel quadro di una più generale riorganizzazione delle diocesi italiane, in forza del decreto Cum procedere della Congregazione per i vescovi, la diocesi ha assunto il nome attuale, pur mantenendo la denominazione latina di Dioecesis Oleastrensis.
