Diecezja przemyska została utworzona przez Grzegorza IX w roku 1375. Jej pierwszym pasterzem był biskup Iwan. Jego siedzibą mógł być Przemyśl, Krosno lub Rzeszów. Początkowo diecezja podlegała bezpośrednio Stolicy Apostolskiej. Następcą biskupa Iwana w Przemyślu został dominikanin Mikołaj, zwany Rusinem (Nicolaus Rutenus), przeor dominikańskiego klasztoru w Sandomierzu, pochodzący zapewne z diecezji przemyskiej. Jego nominacja na biskupa przemyskiego nastąpiła za życia papieża Klemensa VI (14 maja 1352).

25 marca 1992 r. św. Jan Paweł II dokonał reorganizacji administracji kościelnej na ziemiach polskich. Bullą Totus Tuus Poloniae Populus ustanowił między innymi nową metropolię przemyską. W jej skład weszły: archidiecezja przemyska oraz nowo utworzone diecezje: rzeszowska i zamojsko-lubaczowska. Obecnie metropolitą przemyskim jest abp Adam Szal. W archidiecezji pracują także biskupi pomocniczy Krzysztof Chudzio i Stanisław Jamrozek oraz senior, abp Józef Michalik.
Archidiecezja przemyska zajmuje obszar blisko 10 tys. km kwadratowych i jest zamieszkana przez ok. 820 tys. osób. W 391 parafiach podzielonych na 41 dekanatów pracuje ponad 960 księży diecezjalnych i ok. 190 kapłanów zakonnych. Patronami archidiecezji są: Najświętsza Maryja Panna Królowa Polski, św. Jan z Dukli, św. Dobry Łotr, św. Józef Sebastian Pelczar oraz bł. Jan Balicki.

Św. Jan Paweł II, podczas swojej pierwszej w dziejach archidiecezji przemyskiej wizyty w Rzeszowie i Przemyślu (2 czerwca 1991 r.), nawiedził katedrę przemyską, a także wyniósł do chwały ołtarzy jednego z ordynariuszy tej diecezji - biskupa Józefa Sebastiana Pelczara (1900-1924). 10 czerwca 1997 roku kanonizował w Krośnie patrona diecezji, św. Jana z Dukli, a podczas pielgrzymki do Ojczyzny w roku 2002 w dniu 18 sierpnia na krakowskich Błoniach beatyfikował ks. Jana Balickiego. W katedrze przemyskiej papież powiedział:

Z wielką miłością ogarniam sercem i spojrzeniem Przemyśl, prastary gród nad Sanem. Poprzez stulecia dziejów, które tutaj się zapisały, polecam Bożej Opatrzności miasto, ziemię, diecezję, biskupów i lud Boży obu obrządków, lud, spośród którego "został wzięty" kapłan i biskup, aby jako błogosławiony nadal mógł "wzrastać wśród ludu swego".
Niech tu, w tej diecezji, kształtuje się wzór współżycia i jedności w pluralizmie. Niech tu rośnie chrześcijańska cywilizacja miłości. Niech miłość, życzliwość i wzajemne zrozumienie okażą się silniejsze od wszelkich sztucznych podziałów i przeciwności. Te trudne sprawy składamy Bogu za wstawiennictwem błogosławionego Józefa Sebastiana, syna i pasterza tego Kościoła, tej przemyskiej diecezji.

Obecna bazylika archikatedralna obrządku łacińskiego jest budowlą trzynawową o wystroju barokowym zespolonym z gotyckim prezbiterium. Rozpoczęcie budowy pierwszej katedry przypadło na lata zarządu diecezją przemyską przez biskupa Mikołaja Błażejowskiego (1452-1474). Na skutek kłopotów finansowych udało mu się ukończyć jedynie prezbiterium, po czym na wiele lat budowa została wstrzymana. Prace wznowiono pod koniec XV wieku - w ich wyniku wymurowano nawę główną, a całość budowli pokryto dachem. W czasie jednego z licznych w owym czasie napadów Tatarów na miasto w 1495 roku wybuchł wielki pożar, który zniszczył dopiero co ukończoną świątynię. Na początku XVI w. podjęto prace remontowe. Wobec powtarzających się na początku XVI wieku zbrojnych napadów na miasto, katedrze nadano charakter obronny. Ostatecznie wykończono kościół w roku 1549. XVII wiek, ze względu na liczne wojny, nie sprzyjał pracom przy rozbudowie miasta i jego kościołów. Dopiero przemyski ordynariusz Aleksander Antoni Fredro (1724-1734) rozpoczął wielki remont świątyni katedralnej. Po zawaleniu się jej sklepienia w 1732 r. ostateczną odbudowę ukończono w 1744 r. Kościołowi przywrócono poprzednie wezwanie Najświętszej Maryi Panny, Wszystkich Świętych i św. Jana Chrzciciela. Czas zaborów przyniósł kilkakrotne rekwizycje majątku katedry. Kolejne przebudowy i remonty miały miejsce na przełomie XIX i XX w.