Paderi-paderi Katolik yang pertama telah menetap di Melaka pada tahun 1511. Seminari Tinggi Katolik ditubuhkan di Ayuthia, Thailand pada tahun 1665. Ia berpindah ke Kemboja sebelum akhirnya menetap di Pulau Pinang pada tahun 1808. Seorang seminari menduduki tapak di Pulau Tikus sebelum berpindah ke tapak mereka sekarang Tanjung Bungah pada tahun 1984. Pada tahun 1786, Kapten Francis Light dan orang-orangnya mendarat di Pulau Pinang dan memutuskan untuk membina sebuah gereja di sana. Mereka membina sebuah gereja dan siap dibina pada bulan Ogos 1787. Gereja itu diberkati pada Perayaan Asumsi (15 Ogos). Ia merupakan gereja pertama di Pulau Pinang, yang dinamakan Church of the Assumption. Beberapa tahun kemudian, seorang lagi paderi menetap di Pulau Pinang dan menggunakan Seminari Tinggi sebagai gereja mereka. Gereja ini ialah gereja kedua di Pulau Pinang yang dinamakan Church of the Immaculate Conception. Lebih banyak gereja telah dibina.

Pada tahun 1810, Msgr Garnault sebagai paderi paroki Gereja Assumption mengandaikan kepimpinan Vikariat Siam dan Kedah. Pulau Pinang menjadi sebahagian daripada vikariat yang berkembang sehingga Singapura. Ketika Vikariat Tanah Melayu dibentuk pada tahun 1841, Pulau Pinang menjadi salah satu daerahnya, dan kemudian di bawah bidang kuasa Keuskupan Melaka yang baru dibentuk pada tahun 1888.[1]

Pada tahun 1940-an, Perang Dunia Kedua menjejaskan Pulau Pinang. Sesetengah gereja ditutup sepanjang masa kecuali untuk Misa Hari Ahad. Selepas Perang Dunia II, terdapat keperluan untuk menubuhkan sebuah keuskupan. Pada 25 Februari 1955, keuskupan Melaka dipecah menjadi Keuskupan Agung dengan 2 sufragan. Keuskupan Pulau Pinang dibentuk bersama dengan Keuskupan Kuala Lumpur. Pada tahun 1972, Keuskupan Agung Melaka menjadi Keuskupan Melaka-Johor yang baru, apabila Singapura tidak lagi menjadi Metropolitan. Keuskupan Kuala Lumpur kemudian dinaikkan, dan menjadi Keuskupan Metropolitan Pulau Pinang dan Melaka-Johor sehingga hari ini.

Uskup Francis Chan dan Uskup Agung Dominic Vendargon ialah uskup Malaysia pertama yang ditahbiskan. Uskup Francis Chan ialah uskup pertama Pulau Pinang. Pada tahun 1967, disebabkan kematian Uskup Francis Chan, Uskup Gregory Yong dilantik sebagai uskup kedua Pulau Pinang. Pada tahun 1976, Pulau Pinang menganjurkan Aggiornamento untuk semua uskup dan paderi di Malaysia Barat. Pada tahun 1977, Uskup Gregory Yong dilantik sebagai Uskup Agung Singapura. Uskup Anthony Soter Fernandez telah ditahbiskan dan menjadi uskup ketiga di keuskupan. Walau bagaimanapun, pada tahun 1983, beliau dilantik sebagai Uskup Agung Kuala Lumpur.

Uskup Antony Selvanayagam kemudian menjadi uskup keempat Pulau Pinang pada tahun 1983, sebelum ini beliau ditahbiskan pada tahun 1980 dan dahulu merupakan Uskup Pembantu Kuala Lumpur. Beliau bersara pada tahun 2012. Pada 7 Julai 2012, Vatikan melantik Rt. Rev Sebastian Francis sebagai uskup kelima di Pulau Pinang.[2] Beliau telah ditahbiskan pada 20 Ogos 2012, St. Anne's Church di Bukit Mertajam, Pulau Pinang, dan dipasang pada September 2012 di Cathedral of the Holy Spirit.

Pada tahun 1970-an, pentadbiran Jeneral Kolej, seminari tunggal Semenanjung Malaysia, telah diserahkan kepada paderi tempatan. Pada tahun 1990-an, terdapat 34 gereja di keuskupan. Bilangan paderi telah berkurang, sehingga Uskup Antony membuat keputusan bahwa empat gereja yang terletak di George Town, Pulau Pinang akan muncul sebagai satu paroki yang akan dipanggil City Parish. Begitu juga di Perak, kedua-dua gereja yang terletak di Taiping juga muncul sebagai satu paroki sebagai Taiping Catholic Church. Oleh sebab itu, jumlah gereja-gereja dikurangkan sedikit kepada 28.

Pada tahun 2001, pusat pentadbiran utama keuskupan, Pusat Keuskupan Katolik dibuka oleh Uskup Antony. Pada tahun berikutnya pada tahun 2002, Gereja St Anne yang ketiga, Bukit Mertajam bersama dengan pusat paroki, domus dan pejabat pentadbiran, dibuka pada Perayaan St Anne (26 Julai) oleh Wakil Apostolik yang lalu. Pada tahun itu, Uskup Antony memutuskan untuk menghapus status katedral Church of the Assumption ke Cathedral of the Holy Spirit sekarang, setelah gereja tidak lagi menjadi paroki. Church of the Assumption telah gagal memenuhi tuntutan keuskupan dan kebanyakan acara keuskupan diadakan di luar gereja itu.

Upacara Dedikasi untuk Cathedral of the Holy Spirit diadakan pada 20 Januari 2003. Pada tahun 2005, Keuskupan Pulau Pinang merayakan Ulang Tahun ke-50. Pada bulan September 2010, Church of Divine Mercy telah dibuka. Ia adalah gereja pertama yang dibuka di Pulau, Pulau Pinang selepas 41 tahun.