Nel 1742 la diocesi comprendeva 150 parrocchie, ma erano 200 nel 1682; questa variazione è dovuta alla povertà delle mense parrocchiali e alla penuria di preti nella diocesi.[1]
La civitas Elloronensium è menzionata nella Notitia Galliarum (databile all'inizio del V secolo)[2] come una delle città che costituivano la provincia romana della Novempopulana.
Incerte sono le origini della diocesi, che è documentata a partire dagli inizi del VI secolo, suffraganea dell'arcidiocesi di Eauze. Il primo vescovo conosciuto è san Grato, che partecipò al concilio di Agde nel 506: secondo la tradizione Grato fu il fondatore, il primo vescovo e il patrono della città e della diocesi.
Dopo Grato sono noti altri due vescovi certi di Oloron: Licerio, che prese parte ai concili di Parigi del 573 e di Mâcon del 585; e Artemone, che assistette al concilio di Bordeaux del 673/675. Dopo Artemone, a causa delle distruzioni operate prima dai Saraceni (732) e poi dai Normanni (841), non sono più noti vescovi di Oloron fino all'XI secolo).
Alcuni studiosi nell'Ottocento hanno avanzato l'ipotesi che tra il X e l'XI secolo, in concomitanza con la nascita del ducato di Guascogna, le diocesi della parte occidentale della Novempopulana (Oloron, Lescar, Bayonne, Aire e Dax) abbiano costituito un'unica grande diocesi, con il nome di diocesi di Guascogna e con probabile sede a Bazas.[3] Sono tre i vescovi noti che le fonti chiamano episcopi Vasconiae seu Vasconensis: Gombaldo, Arsio Raca e Raimondo il vecchio. Il concilio di Tolosa del 1058 mise fine a questa situazione irregolare, restaurando tutte le antiche sedi episcopali, spesso vacanti da lungo tempo, come quella di Oloron.
Primo vescovo della sede restaurata fu Etienne di Mauléon; ma è soprattutto ai suoi successori Amat d'Oloron e Odon di Bénac che si deve la ricostruzione della diocesi e l'introduzione della riforma gregoriana. A partire da questo momento la diocesi entrò a far parte della provincia ecclesiastica di Auch.
Nel 1102 viene iniziata la costruzione della nuova cattedrale nel borgo di Sainte-Marie fondato nel 1080; la precedente chiesa cattedrale si trovava invece in località Sainte-Croix, costruita dal vescovo Amat e terminata da Odon. La diocesi aveva un unico monastero benedettino a Lucq.
Nella seconda metà del Cinquecento nel Béarn, che faceva parte del regno di Navarra, fu introdotto il protestantesimo grazie alla conversione alla nuova fede della regina Jeanne d'Albret. Nel 1570 la regina decretò la soppressione del cattolicesimo, la proibizione dell'esercizio del culto cattolico e la confisca dei beni della Chiesa. Il vescovo Claude Régin è costretto a fuggire con il capitolo in Spagna, per poi ritornare e stabilirsi a Mauléon, città che aveva resistito militarmente alla regina. Il culto cattolico verrà ristabilito solo alla fine del secolo; fu convocato un apposito sinodo ove venne trattata la questione della conversione dei protestanti.[4]
Nel 1725 il vescovo Joseph de Révol fondò il seminario affidato ai Barnabiti, che funzionò fino al 1776, con l'apertura anche di un seminario minore nel 1781. In seguito i Barnabiti, sospettati di giansenismo, furono allontanati ed il seminario si fermò per una decina d'anni.
A. Degert, L'Evêché de Gascogne, in Revue de Gascogne, tomo 41 (1900), pp. 5-23, 125-140 e 277-301. La tesi, sostenuta da Degert e da J.-R. Biron (cfr. Diocesi di Bazas), è esclusa da M. Bladé e da Duchesne (op. cit., p. 91).
Secondo alcune cronotassi, dopo Grato viene inserito un Agrestio (o Agustio), che avrebbe partecipato al concilio di Parigi del 551 come episcopus Toronicae civitatis; ignorato da Gallia christiana e Duchesne, solo accennato da Dubarat.
Dopo Arnaud d'Izeste e fino a Pierre de Gavarret, la cronotassi riportata da Victor Dubarat è molto diversa da quelle di Gams, Gallia christiana e Eubel.
Secondo Eubel, Raymond Pierre non è mai stato cardinale e mai è stato eletto alla sede di Oloron, mentre il successivo Guillaume-Arnaud sarebbe stato eletto il 10 agosto 1308 (nel 1310 secondo Dubarat).
Secondo Dubarat, Guillaume d'Assat fu un vescovo urbanista; Eubel invece ritiene che sia stato un vescovo avignonese, deposto nel 1380 circa, cui seguirebbero come amministratori apostolici per la sede romana i francescani Menendo (nel 1380) e Pierre (il 16 gennaio 1394).
Il 22 ottobre 1563 venne accusato di eresia e l'11 dicembre 1566 fu condannato e privato del titolo episcopale. Secondo Gams invece Claude Regin era ancora vescovo nel 1580, anno in cui la sede diventa vacante fino alla fine del secolo. Per Victor Dubarat invece (op. cit., p. 71) il vescovo Régin non fu affatto un eretico e si mantenne fedele al cattolicesimo fino alla sua morte.