La diocesi di Santa Maria fu eretta il 15 agosto 1910 con la bollaPraedecessorum Nostrorum di papa Pio X, ricavandone il territorio dalla diocesi di São Pedro do Rio Grande, che contestualmente venne elevata al rango di arcidiocesimetropolitana assumendo il nome di arcidiocesi di Porto Alegre.
La diocesi era molto vasta e corrispondeva all'incirca ad un terzo dell'intero territorio del Rio Grande do Sul; nel corso della sua storia subì diverse modifiche territoriali che ne limitarono l'ampiezza. Il 27 maggio 1921 cedette diversi comuni alle diocesi vicine.[1] Il 13 febbraio 1937 cedette ancora i comuni di Candelária e di Rio Pardo all'arcidiocesi di Porto Alegre.[2] Il 20 agosto 1962 acquisì dalla diocesi di Uruguaiana la parrocchia di Säo Pedro de Pontäo nel comune di Tupanciretã.[3]
Il 12 dicembre 1997 la diocesi si ingrandì con la parrocchia di Santa Maria della Vittoria nel comune di Cacequi e il territorio della comunità di Santa Maria in località Laranjeiras, acquisiti dalla diocesi di Bagé.[4]
Il 13 aprile 2011 è stata elevata al rango di arcidiocesi metropolitana con la bolla Spiritali itineri di papa Benedetto XVI.
Cronotassi dei vescovi
Si omettono i periodi di sede vacante non superiori ai 2 anni o non storicamente accertati.
Miguel de Lima Valverde † (6 febbraio 1911 - 10 febbraio 1922 nominato arcivescovo di Olinda e Recife)
Ático Eusébio da Rocha † (27 ottobre 1922 - 17 dicembre 1928 nominato vescovo di Cafelândia)
Sede vacante (1928-1931)
Antônio Reis † (31 luglio 1931 - 14 settembre 1960 deceduto)
Luís Victor Sartori † (14 settembre 1960 succeduto - 10 aprile 1970 deceduto)
Érico Ferrari † (29 aprile 1971 - 29 aprile 1973 deceduto)
José Ivo Lorscheiter † (5 febbraio 1974 - 24 marzo 2004 ritirato)
Hélio Adelar Rubert (24 marzo 2004 - 2 giugno 2021 ritirato)
