La diócesis de Talca (en latín: Dioecesis Talcensis) es una circunscripción eclesiástica de la Iglesia católica en Chile.
La diócesis tiene 17 424 km² y extiende su jurisdicción sobre los fieles católicos de rito latino residentes en las provincias de Curicó y Talca, en la región del Maule, a excepción de las comunas de Constitución y Empedrado.
El 18 de octubre de 1925 la misión sui iuris fue elevada a diócesis con la bula Apostolici muneris del papa Pío XI.
Como administrador apostólico sede vacante ad nutum Sanctae Sedis quedó Galo Fernández, obispo auxiliar de Santiago de Chile.
Según el Anuario Pontificio 2021 la diócesis tenía a fines de 2020 un total de 464 306 fieles bautizados.