Orígenes antiguos y época visigoda
La sede de Sigüenza figura entre las antiguas diócesis de la Hispania visigoda. En el III Concilio de Toledo, celebrado en 589, aparece el obispo Protógenes; el mismo prelado asistió también a un concilio celebrado en tiempos del rey Gundemaro, en 610. La sucesión episcopal continuó durante los siglos siguientes, aunque las noticias conservadas sobre los primeros prelados son fragmentarias.
Algunos relatos medievales atribuyeron a san Sacerdos de Limoges el episcopado de Sigüenza, pero la Catholic Encyclopedia de 1913 calificó esa tradición como legendaria y distinguió de ella los testimonios conciliares sobre obispos históricos.
Reconquista y restauración de la sede
La ocupación musulmana alteró profundamente la vida cristiana de la región. La tradición episcopal perduró durante parte de ese periodo, pero la despoblación posterior de Sigüenza hizo que la ciudad no figurase entre las plazas conquistadas por Alfonso VI en la campaña de la zona.
Tras la repoblación, Bernardo de Agen fue el primer obispo de la sede restaurada. Reconstruyó la iglesia y la consagró en 1123; también estableció un cabildo de canónigos regulares. En 1140, Alfonso VII concedió al obispo el señorío de Sigüenza, que los prelados mantuvieron hasta el siglo XIV.
Durante el episcopado de Cerebruno comenzó la construcción de una nueva catedral. Entre los prelados medievales destacó Martín de Hinojosa, abad de Santa María de Huerta, quien renunció al obispado en 1192. La sede y sus obispos intervinieron también en los conflictos políticos de los siglos XIII y XIV: el palacio-fortaleza episcopal fue tomado en 1297 por partidarios de los infantes de la Cerda y sirvió de prisión a Blanca de Borbón en 1355.
Edad moderna
En el siglo XV, Sigüenza quedó vinculada a las disputas eclesiásticas y políticas de su tiempo. Pedro González de Mendoza, cardenal y arzobispo de Toledo, ocupó también la sede seguntina. Su sucesor en Sigüenza, el cardenal Bernardino de Carvajal, perdió el obispado por su participación en el concilio de Pisa, considerado cismático por Julio II.
Reordenación territorial y nombre actual
En 1955, Pío XII reorganizó los límites entre varias diócesis españolas. El decreto incorporó a Sigüenza territorios de la provincia de Guadalajara que hasta entonces dependían de Toledo y Cuenca, incluido el arciprestazgo de Sacedón. La medida también ajustó los límites de otras diócesis en las provincias de Toledo y Ávila.
En 1959, Juan XXIII dispuso que la denominación «Guadalajara» se añadiera oficialmente al nombre de la diócesis de Sigüenza. El mismo documento elevó la iglesia de Santa María Virgen, en Guadalajara, a la dignidad de concatedral y autorizó al obispo a residir en esa ciudad cuando lo estimara conveniente.