Епархия Тулузы была образована в III веке святым Сатурнином, который проповедовал христианство в этом регионе. Первоначально епархия Тулузы входила в митрополию Нарбонны (сегодня — Епархия Каркасона-Нарбонны).
C XI по XIII на территории епархии Тулузы широкое распространение получила ересь катаров, которая была окончательно уничтожена крестовыми походами.
23 июля1295 года епархия Тулузы передала часть своей территории для возведения новой епархии Памье.
11 июля1317 года Римский папа Иоанн XXII выпустил буллуSalvator noster, которой возвёл епархию Тулузы в ранг архиепархии. В этот же день из архиепархии Тулузы выделились новые епархии Монтобана, Сен-Папуля, Ломбеза и Рие (последние три были упразднены в 1801 году после конкордата с Францией). 26 сентября1317 года архиепархия Тулузы передала часть своей территории новым епархиям Лавора и Мирпуа (обе упразднены в 1801 году).
В 1532 году в Тулузе распространились идеи Реформации. В 1550 году архиепископ Тулузы кардинал Колиньи принял кальвинизм и был отстранён от должности Святым Престолом. В 1564 году Колиньи женился. В 1563 году приверженцы католицизма объединились в «Лигу защиты католицизма». С 1586 по 1595 года Тулуза находилась полностью под их контролем.
29 ноября1801 года после конкордата с Францией Римский папа Пий VII выпустил буллу Qui Christi Domini, которой изменил границы архиепархии Тулузы соответственно департаментам Верхняя Гаронна и Арьеж, присоединив территорию упразднённых епархий Сен-Лизье, Памье, Рие и часть упразднённых епархий Сен-Бертран-де-Комменжа, Лектура, Ломбеза, Мирпуа, Монтобана и Сен-Папуля.
6 октября1822 года была восстановлена епархия Памье, которая выделилась из архиепархии Тулузы. В этот же день архиепископы Тулузы получили привилегию прибавлять к своему титулу название города Нарбонны.
8 декабря2002 года в церковную провинцию Тулузы вошли архиепархии Альби и Оша.
14 июня2006 года титул города Нарбонны был передан епископу Каркасона.