La diócesis de Torres (hoy Porto Torres, antiguamente llamada Turris Libisonis) fue erigida quizás hacia finales del siglo III, aunque la tradición indica que el primer obispo fue un romano Clemente en el siglo I.

Incluso san Gabino, que vivió alrededor del año 100 d.C., no es un obispo seguro, aunque su martirio se considera bien fundado.

En tiempos del papa Juan V (685-686) fue mencionada en cambio como sede inmediatamente sujeta a los obispos de Roma.

Tuvo hasta siete diócesis sufragáneas: Ampurias, Bisarcio, Bosa, Castro, Ottana, Ploaghe y Sorres.

Entre los siglos XI y XII se establecieron en la arquidiócesis varias órdenes religiosas, entre ellas la cisterciense.

A finales del siglo XII, un cisterciense, Herbert, autor de un Liber miraculorum et visionum muy popular en los países alemanes, era obispo.

En esta obra se destacaron en particular: Salvatore Alepus († 1566), que realizó dos visitas pastorales a la arquidiócesis y emitió varias constituciones sinodales para reformar la vida del clero y obligar a los párrocos a velar por la educación religiosa del pueblo; Alfonso de Lorca, que fundó el seminario diocesano en 1593; Gavino Manca de Cedrelles († 1620), que publicó la versión sardo-logudorense de la Dichiarazione del Simbolo apostolico de Roberto Belarmino; Giuseppe Sicardo († 1714), que publicó un nuevo catecismo en lengua sardo-logudoresa; Matteo Bertolini († 1750), quien extendió la práctica de los ejercicios espirituales a todos los seminaristas y al clero diocesano.

Entre los arzobispos del siglo XX destacan en particular: Arcangelo Mazzotti, que favoreció la amplia difusión de la Acción Católica, celebró un sínodo en 1947 y el congreso eucarístico regional el año siguiente; y Salvatore Isgrò, recordado por la celebración del sínodo en 1990-1991, la realización de cuatro visitas pastorales, la organización de la misión popular en 1999 y el congreso eucarístico en 2003.