Té un total de 4.643,08 km2, amb 228 parròquies, repartides en catorze arxiprestats, els quals són agrupats en quatre vicaris episcopals. Comprèn l’antic bisbat de Sogorb, llevat dels arxiprestats d’Alpont, Xelva i Ademús, que s’uniren a València, i els antics arxiprestats del bisbat de Tortosa de Nules, Vila-real, Castelló de la Plana, Llucena i Albocàsser, llevat de la parròquia de Catí. També se li uní Vilafermosa i el seu arxiprestat, antic enclavament de València. Es troba íntegrament dins la província civil de Castelló de la Plana, i és separada al nord pel bisbat de Tortosa per una línia imaginària que de la Mediterrània va per Alcossebre, travessa la Plana fins a la mola d’Ares i arriba al límit amb Aragó. El nou bisbat té majoria de catalanoparlants, mentre que a l’antic de Sogorb eren tots de parla castellana.
L’intent de creació del nou bisbat consta ja en el concordat del 1851, que preveia el trasllat de Sogorb a Castelló de la Plana. El nou concordat del 1953 insistí en el mateix punt i el 1957 mateix passà a la diòcesi de Sogorb tot l’arxiprestat de Vilafermosa i la parròquia de Gàtova, i, finalment, el 31 de maig de 1960 es creava la nova diòcesi, elevant a la dignitat de cocatedral l’església parroquial de Santa Maria de Castelló de la Plana i fent la definitiva fixació de límits. Sense que hagi estat abolida cap de les antigues prerrogatives de Sogorb, la densitat més gran demogràfica de Castelló i el seu caràcter més cèntric dins la diòcesi han fet que gradualment es vagin traslladant a Castelló els centres de la diòcesi, com el seminari major, que fou construït entre el 1962 i el 1966, i la Casa d’Espiritualitat de Betxí, iniciada el 1962. A Sogorb continua l’antic Arxiu Catedralici, que comença el 1232, però que fou molt devastat el 1936, les biblioteques capitular i diocesana, aquesta creada el 1772, i el museu de la catedral, creat el 1924 pel bisbe Lluís Amigó, que conserva, entre altres peces, un retaule de l’anomenat Mestre de Sogorb, obres de Vicent Macip, Joan de Joanes, etc., i un baix relleu atribuït a Donatello.
El 1996 el bisbe Josep Maria Cases i Deordal es jubilà i fou substituït per Joan Antoni Reig i Pla, nascut a Cocentaina (Comtat). En els darrers anys, una de les activitats més destacables del bisbat foren les investigacions i documents emesos pel Pontifici Institut Joan Pau II per als Estudis sobre el Matrimoni i la Família.