Pierwszy kościół na terenie obecnej archidiecezji powstał w 810 i został ufundowany przez cesarza Karola Wielkiego. Parafia hamburska była wyjęta spod jurysdykcji sąsiednich diecezji i podlegała wprost Stolicy Apostolskiej. Cesarz Ludwik Pobożny w 831 utworzył archidiecezję Hamburga, która została potwierdzona przez papieża Grzegorza IV.
W czasie reformacji archidiecezja została całkowicie zniszczona. W wyniku pokoju westfalskiego (1648) archidiecezję oficjalnie zniesiono. Katolicy podlegali Apostolskiemu Wikariatowi Północy (przekształcony w diecezję Osnabrücku).
Archidiecezja Hamburga została ponownie erygowana przez papieża Jana Pawła II 7 stycznia 1995 na mocy konstytucji apostolskiejOmnium Christifidelium z 24 października 1994. Utworzono ją z większej części diecezji Osnabrück (łącznie z Urzędem Biskupim w Schwerinie oraz kilku parafiidiecezji Hildesheim).