La diócesis tiene 107 498 km² y extiende su jurisdicción sobre los fieles católicos de rito latino residentes en 18 municipios del estado de Mato Grosso: Diamantino, Alto Paraguai, Arenápolis, Campo Novo do Parecis, Denise, Ipiranga do Norte, Itanhangá, Lucas do Rio Verde, Nortelândia, Nova Marilândia, Nova Maringá, Nova Mutum, Santo Afonso, São José do Rio Claro, Sapezal, Tangará da Serra, Tapurah y Santa Rita do Trivelato.

La sede de la diócesis se encuentra en la ciudad de Diamantino, en donde se halla la Catedral de la Inmaculada Concepción que reemplazó a la antigua catedral del mismo nombre.

En 1872 fue asesinado el párroco Domingos Tanganelli en el interior de la iglesia por defender la abolición de la esclavitud, por lo que la parroquia quedó sin sacerdotes residentes hasta 1930.

[2]​ Fue confiada a la Compañía de Jesús.

El 16 de octubre de 1979 la prelatura territorial fue elevada a diócesis con la bula Cum prelaturae del papa Juan Pablo II.