Lịch sử truyền giáo tại Việt Nam ghi nhận, vào năm 1555, một giáo sĩ dòng Đa Minh là Gaspar de la Cruz đã đặt chân lên đất Hà Tiên, bấy giờ vẫn còn thuộc vương quốc Campuchia. Tuy nhiên đây là một chặng dừng ngắn ngủi của ông trên đường từ Malacca đến Quảng Châu.
Mãi đến năm 1735, ngôi nhà thờ đầu tiên được linh mục Francois José Garcia cùng với các giáo dân dựng tại Hà Tiên. Năm 1743, đích thân Giám mục Armand Francois Lefèbvre đến ban phép Thêm sức cho trăm người tại Hà Tiên. Năm 1749, theo đề nghị của Khâm mạng Tòa Thánh, Tỉnh dòng Phanxicô tại Manila đã cử nhiều linh mục sang phụng vụ tại Hà Tiên. Các giáo sĩ dòng Phanxicô cũng dùng nơi đây để làm nơi xuất phát các chuyến truyền giáo đến Lào và Campuchia.
Năm 1765, Giám mục Guillaume Piguel cho chuyển Chủng viện Thánh Giuse từ Campuchia về Hòn Đất và sau đó đặt linh mục Pigneau de Béhaine làm Giám đốc. Chủng viện hoạt động tại đây cho đến năm 1769 thì được dời đến Pondichéry (Ấn Độ). Đến năm 1776, Pigneau de Behaine, bấy giờ đã là Giám mục, Đại diện Tông tòa Đàng Trong, đã cho di dời Chủng viện về lại Cần Cao, mãi đến năm 1778 mới dời Chủng viện về Biên Hòa.
Năm 1813, Tỉnh dòng Phanxicô Manila triệu hồi toàn bộ các giáo sĩ tại Đàng Trong. Bấy giờ, tại miền Tây Nam Kỳ đã có số giáo hữu với cơ sở vật chất khá vững mạnh như ở Bò Ót, Năng Gù, Cù Lao Giêng... Giám mục Dominique Lefèbvre từng đặt Tòa giám mục ở Cái Nhum.
Năm 1850, Tòa Thánh tách một phần đất thuộc Giáo phận Tây Đàng Trong để thành lập Giáo phận Campuchia (từ năm 1924 đổi tên thành giáo phận Phnom Penh), gồm cả vương quốc Campuchia, vương quốc Champasak và 2 tỉnh Hà Tiên, An Giang của Đại Nam. Năm 1938, An Giang có 4 giáo xứ, 30 giáo họ và 12.067 giáo dân; Kiên Giang có 3 giáo xứ, 18 giáo họ và 5.127 giáo dân; Thốt Nốt có giáo xứ Bò Ót gồm 1.807 giáo dân. Cho đến tận trước năm 1954, vùng này chỉ có khoảng 30.000 giáo dân sinh hoạt tôn giáo trong hơn 10 giáo xứ.
Trong cuộc di cư vào Nam, nhiều giáo dân từ miền Bắc đã đến định cư tại các vùng kênh Cái Sắn, làm số giáo dân lên rất nhanh. Năm 1955, phần đất của Việt Nam thuộc Giáo phận Phnom Penh được Tòa Thánh tách ra để thành lập Giáo phận Cần Thơ. Năm 1960, Giáo hoàng Gioan XXIII ra Tông hiến Christi Mandata thành lập Giáo phận Long Xuyên gồm các tỉnh An Giang và Kiên Giang, thuộc Giáo tỉnh Sài Gòn và đặt Giám mục Micae Nguyễn Khắc Ngữ làm Giám mục chính tòa tiên khởi.
Theo Niên giám Tòa Thánh năm 1964, Long Xuyên có 93.739 giáo dân trên tổng số 1.252.705 dân cư (chiếm 7,5%), có 104 linh mục triều, 3 linh mục dòng, 185 nữ tu, 6 nam tu, 59 đại chủng sinh, 270 tiểu chủng sinh, 8 trường trung học, 78 trường tiểu học, 8 cơ sở bác ái từ thiện. Trong suốt cuộc Chiến tranh Việt Nam, giáo phận Long Xuyên được xem là giáo phận có mức phát triển ổn định so với các giáo phận khác do ít bị ảnh hưởng bởi chiến tranh.
Năm 1994, giáo phận có khoảng 200.000 giáo dân trên tổng số 3,67 triệu cư dân, với 179 linh mục, 250 nữ tu, 51 chủng sinh, 87 giáo xứ và 156 nhà thờ lớn nhỏ. Năm 2017, Giáo phận Long Xuyên có 233.742 giáo dân trên tổng số 4,29 triệu cư dân (chiếm 5,4%), với 309 linh mục, 9 hạt và 194 giáo xứ.
Năm 2020, Giáo phận có 9 giáo hạt với khoảng 230.000 giáo dân trên tổng số 4.291.006 người, với 342 Linh mục (296 triều và 46 dòng), 65 nam Tu sĩ, 450 nữ Tu sĩ, 111 Đại chủng sinh, 39 Chủng sinh dự bị, 1.700 giáo lý viên, 87 Giáo xứ, Giáo họ.
Giáo phận Long Xuyên có công trong việc góp phần đào tạo 4 Giám mục trong Giáo hội Việt Nam
Khi mới thành lập Giáo phận Long Xuyên, ngai tòa Giám mục được đặt tại Nhà thờ Thánh Tôma Long Xuyên được xây dựng từ xây năm 1903 (nay là 80/1 Bùi Văn Danh, phường Mỹ Xuyên, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang). Nhà thờ Thánh Tôma trở thành nhà thờ chính tòa trong 12 năm, từ 1960 đến 1972.
Nhà thờ chính tòa hiện nay đặt tại số 9 Nguyễn Huệ A, phường Mỹ Long, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang. Nhà thờ có chiều dài 60m, rộng 18m, cao 20m, tháp chuông cao 55m. Nhà thờ có tên gọi là Giáo xứ chính tòa Long Xuyên, được xây dựng vào năm 1958, do linh mục Piô Nguyễn Hữu Mỹ phụ trách. Sau khi thành lập Giáo phận Long Xuyên năm 1960, nhà thờ được xây dựng mở rộng, chính thức được khánh thành ngày 15 tháng 8 năm 1973 và trở thành nhà thờ chính tòa giáo phận.
Thánh địa hành hương
Trung tâm hành hương Đài Đức Mẹ Tân Hiệp
Trung tâm hành hương Đức Mẹ Hòn Chông.
Trung tâm hành hương kính thánh Giuse, Đền Thánh Giuse kinh F.
Trung tâm hành hương kính Lòng Chúa Thương Xót, Giáo xứ An Sơn, kinh E2.