La presencia de la Iglesia en el territorio actual del Vicariato Apostólico de Puyo se inició a mediados del siglo XVII con la llegada de misioneros jesuitas y dominicos a esta tierra. Al crearse el Obispado de Mainas en 1802 y pasar este territorio a su jurisdicción, la presencia de los misioneros disminuyó y se interrumpió con frecuencia a lo largo del siglo XIX. En 1886 se crea la Prefectura Apostólica de Canelos y Macas, a cargo de la Provincia Dominicana de Ecuador, y comienza una nueva etapa en la evangelización de los nativos de la Región.
El sistema utilizado durante muchos años por los misioneros dominicos consistía en recorridos por los ríos con permanencia de, al menos, un mes en cada población para la catequesis y la administración de los sacramentos, teniendo como centro de partida y llegada la Misión de Canelos.
En 1926 es nombrado primer Prefecto Apostólico con residencia en la Misión el P. Agustín María León. Hasta entonces Prefectos en los Provinciales Dominicos con residencia habitual en Quito y con un Vicariato suyo en la Prefectura.
En 1936 nuevo Prefecto Apostólico: P. Jacinto Dávila (1936 – 1948) traslada la sede de la Prefectura de Canelos a Puyo, hecho que contribuirá decisivamente en el futuro al desarrollo de esta ciudad intermedia entre Baños y Canelos, hasta llegar a convertirse en la Provincia de Pastaza. El P. Sebastián Acosta, Prefecto Apostólico de 1948 – 1959, trajo las primeras religiosas misioneras: Dominicas de Santa Catalina de Siena de Colombia, en 1949 para la educación de las niñas y jóvenes de Puyo, y las Misioneras Lauritas, en 1959, para el internado y escuela de Canelos y la atención pastoral a los indígenas del río Bobonaza.
Canelos fue la cuna de la misión, de donde salieron los fundadores de Puyo como ejemplo el Fray Alvaro Valladares quién fundó la ciudad de Puyo el 12 de Mayo de 1899.
Fue elevada al rango de Vicariato Apostólico de Puyo desde 1976 al mando de Mons. Alberto Zambrano Palacios quién hizo intensa la evangelización y promoción humana a través de la educación tanto entre colonos como entre indígenas. Durante la etapa pastoral de Mons. Tomás Romero Gross, segundo Obispo del Vicariato Apostólico de Puyo (1973 – 1990) se consiguió la colaboración de varias comunidades religiosas nacionales y del exterior, no solo dominicos, y de sacerdotes del clero secular Mons. Romero se empeño, especialmente en la promoción de los indígenas mediante la formación de líderes, catequistas, profesores y enfermeras nativos, apoyando su unidad organizativa.
Le sucedió como Provicario el P. Frumen Escudero Arenas, de origen español, primer sacerdote ordenado e incardinado como propio del Vicariato. El 29 de Noviembre de 1992 el mismo P. Frumen, en la Catedral de Puyo, fue consagrado y tomó posesión de su cargo como tercer Obispo de Vicariato. Su gobierno pastoral como Provicario y como Obispo se caracterizó por la continuidad e incremento en cuanto a la conformación del equipo misionero, por la intensidad en las gestiones necesarias para la marcha del Vicariato.
Le sucedió como Provicario el P. Francisco Montaluisa, que estuvo al frente del Vicariato hasta el 21 de Febrero de 1999, fecha de posesión del nuevo y actual Obispo Vicariato Apostólico de Puyo. Mons. Rafael Cob García.
Mons. Rafael, como formador tanto en el seminario de Burgos como en el de aquí, ha impulsado las vocaciones nacionales y se han incrementado más el número de Sacerdotes Ecuatorianos que extranjeros.Es un Apostol incansable que trata de estar presente en todas las reuniones de las Pastorales. Monseñor Rafael trabaja por la justicia social y el bienestar del pueblo, como mediador entre los problemas del Pueblo y del Gobierno. Es un hombre sencillo al cuál le gusta decorar y pintar para motivar a su pueblo.