Según la tradición, la diócesis de Sens se remonta al siglo III.
Los primeros evangelizadores de la región habrían sido los santos Saviniano y Potenciano, enviados a la Galia, junto con otros 70 misioneros, por san Pedro.
Antes de la Revolución francesa, la arquidiócesis incluía 774 parroquias, agrupadas en 5 arcedianatos con 13 decanatos rurales.
Los arcedianos eran: Sens, Gatinais, Melun, Provins y Etampes.
[2] Con la Constitución Civil del Clero, la arquidiócesis quedó reducida al rango de simple diócesis.
A la nueva provincia eclesiástica pertenecían las diócesis de Troyes, Nevers y Moulins.
[5] El siglo XIX se caracterizó por un marcado anticlericalismo, tanto es así que ya a mediados del siglo XX la diócesis fue catalogada como tierra de misión y aún hoy el número de bautismos y funerales religiosos es inferior al promedio nacional.
En 1984 se llevó a cabo una reorganización territorial de la diócesis que redujo las parroquias de aproximadamente quinientas a ciento dos, agrupándolas en ocho decanatos.