Secondo la tradizione, la diocesi di Tortona risalirebbe ai primi decenni del II secolo. San Marziano, morto martire nel 120, è considerato l'evangelizzatore della regione e il protovescovo della diocesi. Tuttavia, il più antico testo che riguarda il santo, composto fra l'VIII e il IX secolo, «non gli dà per niente il titolo di vescovo e molto meno di primo vescovo di Tortona...», il che vuol dire che «quando fu composta la leggenda non s'era ancora formata né diffusa l'opinione che S. Marziano fosse stato primo vescovo di Tortona».

 

Molti dei primi vescovi attribuiti dalla tradizione alla sede di Tortona furono martirizzati e sono venerati come santi. Secondo Lanzoni, si tratta di «una lista episcopale molto sospetta, a quanto pare, racimolata nel secolo XVI per portare i primordi di Tortona al I secolo». La diocesi è attestata storicamente nel IV secolo con il primo vescovo noto di Tortona, Innocenzo, vissuto a metà circa del IV secolo; lo segue Esuperanzio, che partecipò al concilio di Aquileia del 381. Al concilio provinciale di Milano nel 451 prese parte il vescovo Quinzio (o Quinziano). Un anonimo vescovo di Tortona è menzionato in una lettera di Gregorio Magno al vescovo Costanzo di Milano del 599. Sono questi gli unici vescovi storicamente documentati nei primi sei secoli cristiani. Originariamente la diocesi era suffraganea dell'arcidiocesi di Milano.

 

Tortona uscì indenne dalle invasioni barbariche; anzi accrebbe la propria giurisdizione territoriale, che arrivava fino al Po e al mar Ligure, e a partire dalla fine del IX secolo cominciò ad affermarsi anche la supremazia civile dei vescovi di Tortona. Il re Berengario I assegnò la giurisdizione su Voghera al vescovo di Tortona, staccandola da quella di Bobbio, anche se entrambe facevano parte della marca Obertenga (Liguria orientale); confermata poi da Ottone I, che assegnò al presule tortonese i diritti comitali sul territorio urbano circostante per un raggio di un miglio. I diritti del vescovo-conte erano però limitati sia dal conte laico del Contado di Tortona, che da quelli dei grandi monasteri possidenti, specie quello del Senatore, che godeva di ampie immunità sulle sue terre. Il vescovo Giselprando fu cancelliere di Lotario e contemporaneamente abate di Bobbio; al vescovo Gereberto l'imperatore Ottone II confermò nel 979 tutti i beni posseduti dalla sua Chiesa ed inoltre la giurisdizione civile su Tortona per un raggio di tre miglia. Questo potere civile durò de iure fino al 1784.

 

A partire dall'XI secolo il vasto territorio della diocesi iniziò ad essere smembrato per l'erezione delle diocesi circostanti. Nel 1014 Tortona cedette una porzione del proprio territorio a vantaggio dell'erezione della diocesi di Bobbio; nel 1175 fu eretta la diocesi di Alessandria con territorio ricavato in parte da quello di Tortona; nel 1248 con bolla di papa Innocenzo IV, furono sottratte a Tortona le pievi della val Lemme e della valle Scrivia, che furono assegnate all'arcidiocesi di Genova.

 

Dagli atti del primo sinodo diocesano del 1595, celebrato dal vescovo Maffeo Gambara, risulta che la diocesi era composta di 33 pievi, 180 parrocchie, 5 collegiate, 99 canonicati, 137 chiese non parrocchiali, 125 confraternite, 45 monasteri e conventi di entrambi i sessi, 20 ospedali. Dagli atti del secondo sinodo diocesano, convocato dal vescovo Carlo Settala nel 1673, la diocesi risulta organizzata in 8 regioni, in cui erano distribuite le parrocchie e le pievi diocesane.

 

«Sul finire del sec. XVIII la diocesi di Tortona contava circa 160.000 abitanti; il territorio era suddiviso in 44 pievanie con 9 chiese collegiate e 221 chiese parrocchiali; le chiese semplici, le chiese campestri e gli oratori ammontavano a 530, i conventi maschili erano 43, quelli femminili 16, nel seminario diocesano risiedevano circa 70 chierici. Il clero secolare superava il migliaio, mentre il clero regolare ammontava a circa 400 unità, le religiose conventuali erano 350 circa».

 

Su pressione del governo francese, il 1º giugno 1803 la diocesi fu soppressa con una bolla pontificia; il territorio fu aggregato dapprima a quello di Alessandria e poi dal 1805 a quello della diocesi di Casale Monferrato, ed il vescovo fu costretto a rinunciare.

 

La sede di Tortona fu ristabilita il 17 luglio 1817 con la bolla Beati Petri di papa Pio VII, con territorio modificato rispetto al passato: perdette 22 parrocchie a favore delle diocesi di Alessandria e di Acqui, ma ne acquisì 67 dalle diocesi di Pavia e di Piacenza. Con la stessa bolla la diocesi entrò a far parte della provincia ecclesiastica dell'arcidiocesi di Genova.

 

Sul finire dell'Ottocento, il giovane Luigi Orione entrò nel seminario di Tortona; nel 1903 l'istituto da lui fondato, la Piccola Opera della Divina Provvidenza, riceverà l'approvazione del vescovo diocesano, Igino Bandi. Luigi Orione, a cui si deve la costruzione del santuario di Nostra Signora della Guardia, è stato canonizzato da papa Giovanni Paolo II nel 2004.