El primer obispo fue monseñor Enrique Rau, quien siendo obispo de Resistencia, el 13 de marzo de 1957 fue trasladado por Pío XII a la recientemente creada diócesis de Mar del Plata, de la que tomó posesión el 22 de junio de ese año y la gobernó hasta su fallecimiento ocurrido el 20 de agosto de 1971.

Al día siguiente de la muerte de Rau, el 21 de agosto Pablo VI designó administrador apostólico al arzobispo de La Plata, monseñor Antonio José Plaza, quien entregó el gobierno pastoral marplatense al segundo obispo diocesano, monseñor Eduardo Francisco Pironio. Este, siendo obispo auxiliar de La Plata, el 17 de abril de 1972 fue trasladado por Pablo VI a la sede episcopal de Mar del Plata, de la que tomó posesión el 26 de mayo de 1972. El 20 de setiembre de 1975 el mismo pontífice lo trasladó a la Curia Romana designándolo pro-prefecto de la Congregación para los Religiosos y los Institutos Seculares.

El tercer obispo de Mar del Plata fue Rómulo García, quien siendo obispo auxiliar de la sede local durante el gobierno pastoral de monseñor Pironio, Pablo VI lo designó obispo diocesano el 19 de enero de 1976. Tomó posesión el 19 de febrero de 1976. El 31 de mayo de 1991 Juan Pablo II lo promovió a la sede arzobispal de Bahía Blanca.

El cuarto obispo de Mar del Plata fue José; María Arancedo, quien siendo obispo auxiliar de Lomas de Zamora, el 19 de noviembre de 1991 fue trasladado por Juan Pablo II a la sede marplatense, de la que tomó posesión el 15 de diciembre de 1991. Fue promovido como arzobispo de Santa Fe de la Vera Cruz el 13 de febrero de 2003.

El quinto obispo fue Juan Alberto Puiggari, quien siendo obispo auxiliar de Paraná, el 7 de junio de 2003 fue trasladado por Juan Pablo II a la sede de Mar del Plata, de la que tomó posesión el 10 de agosto de 2003. En la Iglesia de Mar del Plata se desempeñó como obispo hasta noviembre de 2010, cuando fue nombrado arzobispo de Paraná. Hasta febrero de 2011 fue administrador apostólico de la diócesis hasta el 7 de marzo de 2011, cuando asumió su nuevo servicio en Paraná.

El sexto obispo de Mar del Plata fue monseñor Antonio Marino, quien fue nombrado como tal por el papa Benedicto XVI el 6 de abril de 2011 y tomó posesión de la diócesis el 4 de junio de ese año. El papa Francisco le aceptó su renuncia al cargo por cumplir la edad canónica para ejercer el gobierno dela diócesis el 18 de julio de 2017, nombrando a monseñor Gabriel Mestre, séptimo obispo de Mar del Plata.