Församlingen har medeltida ursprung. Sörby församling förenades 1791 med Mjölby församling, som därefter till 1 mars 1890 benämndes Mjölby med Sörby församling.
Församlingen var före 1791 moderförsamling i pastoratet Mjölby och Sörby, för att därefter till 1962 utgöra ett eget pastorat. Från 1962 till 2006 var församlingen moderförsamling i pastoratet Mjölby och Högby.[4] Församlingen slogs 2006 samman med Högby församling och utgjorde därefter till 2007 ett eget pastorat för att sedan från 2007 till 2014 vara moderförsamling i pastoratet Mjölby och Väderstad.[5] Församlingen ingår sedan 2014 i Folkungabygdens pastorat.[5]
^Stift, kontrakt och pastorat i nummerordning med ingående församlingar 2020-01-01, SCB, läs online.[källa från Wikidata]
^ [ab] Medlemmar i Svenska kyrkan i förhållande till folkmängd den 31.12.2019 per församling, kommun och län samt riket, Svenska kyrkan, läs online.[källa från Wikidata]
^Meurling, Erik; Johan Alfred Westerlund, Johan Axel Setterdahl (1920-1932). Linköpings stifts herdaminne. 4. Linköping: Östgöta Correspondentens Boktryckeri AB. sid. 429-446. Libris41150