La diffusione del Cristianesimo nell'area tiburtina risale all'epoca apostolica. Sebbene la tradizione attribuisca il ruolo di primo vescovo a san Quirino, le prime testimonianze storiche risalgono al IV secolo, con il vescovo Paolo che partecipò nel 366 all'elezione dell'antipapa Ursino in contrapposizione a papa Damaso.
La locale chiesa tiburtina è legata alla memoria della passione di santa Sinforosa e dei suoi sette figli; il loro martirio, testimoniato dal martirologio romano alla data del 18 luglio, è altresì documentato dalla scoperta nell'XIX secolo delle catacombe e della basilica dedicata alla santa al nono miglio della via Tiburtina.
Inizialmente composta da buona parte della Val d'Aniene, la diocesi ebbe l'incarico di estendere l'evangelizzazione anche alle zone più interne. È probabilmente questo il motivo per cui, nonostante la vicinanza con Roma, non venne mai proclamata sede suburbicaria. Da notare, che nel 1513 servì comunque da sede suburbicaria vicaria e fu assegnata a Francesco Soderini, che era precedentemente cardinale vescovo di Sabina; nel 1516 si rese vacante la sede suburbicaria di Palestrina e Francesco Soderini vi fu trasferito.
Due furono i papi originari di Tivoli, papa Simplicio (468-483) e papa Giovanni IX (898-900); mentre Barnaba Chiaromonti, vescovo di Tivoli dal 1782 al 1784, divenne papa nel 1800 col nome di Pio VII. All'epoca di papa Simplicio, si ebbe la prima organizzazione della diocesi, grazie all'opera congiunta del pontefice tiburtino e del vescovo Candido, il cui nome appare in diversi sinodiromani organizzati dai papi, da Ilario (461-468) a Simmaco (498-514).
Nel corso dei secoli il suo territorio di competenza ha subito numerose variazioni, dovute principalmente alla nascita e alla diffusione del monachesimo benedettino nella zona di Subiaco. Si venne a creare, così, un rapporto conflittuale tra la diocesi tiburtina e l'abbazia sublacense, che portò a un ridimensionamento della prima a favore della seconda, la quale nel 1638 ottenne lo status di abbazia territoriale con giurisdizione diocesana su un vasto territorio sottratto alla diocesi tiburtina.
Si deve al vescovo Giovanni Andrea Croce (1554-1595) l'attuazione delle riforme volute dal concilio di Trento, al quale aveva preso parte nelle sue due ultime sessioni: indisse due sinodi, nel 1565 e nel 1585; effettuò quattro volte la visita pastorale della diocesi; operò per un rilancio delle confraternite. Altro vescovo significativo per la storia ecclesiastica tiburtina fu il cardinaleGiulio Roma, che ricostruì la cattedrale (1635-1640), indisse un sinodo (1637) e istituì il seminario (1647).
Durante l'occupazione napoleonica dello Stato Pontificio, il vescovo Vincenzo Manni fu esiliato in Francia.
^Cascioli (Atti e Memorie..., I, 1921, pp. 32-34) ritiene che il martire san Quirino, la cui iscrizione si trova nella cattedrale di Tivoli, sia stato vescovo della città tiburtina; anche Lanzoni (op. cit., p. 137) pensa che Quirino sia stato un vescovo, non di Tivoli però, ma di Siscia in Pannonia, venerato sia a Roma che a Tivoli.
^Vescovo ucciso dai Goti. Cascioli (Atti e Memorie..., II, 1922, p. 30) pensa che questo anonimo vescovo sia il martire san Generoso venerato a Tivoli, tesi messa in dubbio da Lanzoni (op. cit., p. 138).
^Lanzoni cita Anastasio solo per l'anno 595; il suo nome appare anche in un diploma del 593, ritenuto un falso da Lanzoni e Ughelli. Gams e Ughelli riportano anche la data del 601.
^Al concilio romano dell'826 prese parte un Sebastianus episcopus Burense, sede sconosciuta. Cappelletti ritiene che, per un errore dovuto ad un amanuense, è venuta meno la prima sillaba e che perciò la lezione corretta dovrebbe essere (Ti)burense; l'interpretazione di Cappelletti è fatta propria da storici locali, tra i quali Giuseppe Cascioli. Baronio invece, seguito dal Garruba, interpreta il termine Burense come un errore per Bariense, ossia Bari. Gams pone il vescovo Sebastiano sia nella cronotassi di Tivoli sia in quella di Bari. Gli autori dell'edizione critica degli atti conciliari optano anch'essi per Bari. Monumenta Germaniae Historica, Concilia aevi Karolini (742-842), seconda parte (819-842), a cura di Albert Werminghoff, Hannover e Lipsia 1908, p. 562,5 e nota 15.
^Il nome di questo vescovo appare in un privilegio, databile prima dell'858, nel Regesto sublacense.
^Cappelletti parla anche di un Giovanni III, menzionato nel 978. Aurizo e Amizzone sarebbero perciò due vescovi distinti, predecessore e successore di Giovanni.
^Cascioli (Atti e Memorie..., II, 1922, p. 106) cita un documento del Regesto sublacense del 993, dove si parla del vescovo Gualtiero, ma non della sede di appartenenza. La data del 1000 riportata da vari autori si riferisce ad un documento dove non è fatta alcuna menzione del nome del vescovo (Cascioli, p. 107).
^Secondo Cascioli (Atti e Memorie..., II, 1922, pp. 107 e seguenti), la prima menzione di Bosone come vescovo è del 1026; in un diploma del 1015 Bosone era ancora un arciprete tiburtino. Secondo Cappelletti invece, Bosone è documentato come vescovo per la prima volta nel 1014, e poi ancora nel 1015, 1017, 1018.
^Nel 1013 Cappelletti colloca un vescovo di nome Gerardo, cui succederebbe Bosone.
^La cronologia dei vescovi Guido e Ottone non è uniforme tra gli storici della diocesi. Secondo Cascioli (Atti e Memorie..., III, 1923, pp. 108 e seguenti), Guido sarebbe documentato fino al 1154, quando consacrò un altare in una chiesa della diocesi; per Cappelletti e Gams invece già nel 1148 è documentato il vescovo Ottone. Circa questo vescovo, Cascioli (Atti e Memorie..., IV, 1924, pp. 52-55) lo attesta dal 1157 al 1169 (ma in questo caso il documento non menziona espressamente il suo nome); e rifiuta la data del 1148, perché Cappelletti non ne riporta la fonte.
^Cascioli (Atti e Memorie..., IV, 1924, pp. 56-57) documenta questa vescovo ancora nel dicembre 1209.
^Cascioli (Atti e Memorie..., IV, 1924, pp. 152 e seguenti) ritiene che Giacomo Antonio Colonna sia il vescovo menzionato in una lettera di papa Onorio III del 29 maggio 1219, benché in questa lettera il suo nome non sia espressamente riportato.
^In questa data Berardo, Tiburtino electo, riceve una lettera di papa Innocenzo IV.
^Benché Cascioli, Gams e Eubel riportino il 1260 come data ipotetica d'inizio episcopato di Gottifredo, questo vescovo tiburtino è noto solo per il suo trasferimento a Rieti (Cappelletti, op. cit., p. 679).
^In questa data convocò un sinodo, il primo che si conosca della Chiesa tiburtina (Cappelletti, p. 679). Il 2 luglio 1267 Clemente IV gli aveva ratificato in un breve la sua giurisdizione sui castelli di Monte Albano, del Poggio di S. Polo e sulla chiesa di S. Maria di Monte Dominico, posseduti dal monastero di S. Paolo (V. Pacifici, pp. 116-118).
^Data riportata da Cascioli (Atti e Memorie..., VII, 1927, pp. 164-165), in riferimento alla lettera di nomina di papa Clemente VI. La data del 24 ottobre riportata da Eubel è quella in cui l'eletto versa la tassa di 100 fiorini dovuta alla Santa Sede per la sua nomina.
^Secondo Eubel (op. cit., vol. I, p. 23), il cardinale Filippo Gezza de Rufinis morì prima del 22 maggio 1386.
^Il 1º maggio 1384 l'antipapa Clemente VII nominò per la sede di Tivoli il marsicano Nicola di Tagliacozzo e nella stessa bolla di nomina trasferisce Pietro Cenci alla diocesi di Sutri "o ad altra sede". Di fatto però Cenci, di obbedienza romana, non lasciò mai Tivoli ed è ancora documentato come vescovo il 10 marzo 1388; e Nicola di Tagliacozzo non mise mai piede in Tivoli. Cascioli, Atti e Memorie..., VII, 1927, pp. 182 e seguenti.
^In questa data il vescovo tiburtino Pietro Staglia ricevette una lettera da papa Bonifacio IX; la sua nomina a Tivoli è dunque precedente questa data (Cascioli, Atti e Memorie..., VII, 1927, pp. 188-189). La data del 27 settembre 1393 riportata da Eubel corrisponde a quella in cui il vescovo versò la tassa dovuta alla Santa Sede per la sua nomina.