天主教传入徐州始于清光绪年间。光绪十年（1884年）九月，法籍耶稣会士艾赉沃在徐州城东南隅购置民宅1处作为传教点。光绪三十二年，艾又到徐州，在城隍庙筹建教堂，于宣统二年（1910年）落成。占地1500多平方米，罗马式建筑，取名“耶稣圣心堂”。当时，徐州为江南代牧区下属的1个总铎区。1931年7月，从南京代牧区划出，升格为徐州监牧区，由加籍耶稣会管辖。1935年6月18日，徐州监牧区升格为代牧区，美籍邰轶欧为代牧区主教。1946年，罗马教廷宣布徐州教区正式成立，邰轶欧升任教区正权主教。教区辖徐州市、丰县、沛县、萧县、砀山、睢宁、宿迁、铜山、邳县等市县，另有两座修院、6个修会。

徐州教区历任主教有邰轶欧主教（美籍）、钱余荣主教。现任主教王仁雷。徐州教区的教友，1949年前为89358人。1992年约60000人。

目前，教区有主教1人，神父13人，修女21人。开放的主要教堂有：徐州青年路天主堂、沛县天主堂、丰县天主堂、睢宁天主堂、铜山大许天主堂、邳州天主堂、新沂天主堂、宿迁天主堂、连云港天主堂等。