Diecezja w chwili powstania w 1818 r. liczyła około 368 tys. ludności. W 1987 r. liczba ta wzrosła do 1 miliona 378 tys. Wśród mieszkańców zdecydowanie dominowała ludność polska wyznająca katolicyzm. Przed II wojną światową pewien odsetek stanowili Żydzi. Wśród mniejszości wyznaniowych wspomnieć można także o kościele polskokatolickim i świadkach Jehowy. Większość mieszkańców utrzymywała się z rolnictwa. Pod koniec XIX i w XX w. w niektórych miastach rozwinął się przemysł.

W omawianym okresie diecezją kierowało 9 biskupów ordynariuszów, 4 administratorów apostolskich i 11 wikariuszów kapitulnych. Wspomagało ich także 8 biskupów pomocniczych. Ważną rolę w administrowaniu diecezją odgrywał konsystorz generalny, od 1919 r. nazwany kurią diecezjalną. Funkcje doradcze spełniała kapituła katedralna, a następnie od 1971 r. rada kapłańska i kolegium konsultorów (utworzone w 1985 r.). Od 1820 r. diecezja posiadała własne seminarium duchowne, w którym przygotowywano przyszłych księży. W 1937 r. seminarium uzyskało niektóre uprawnienia szkół wyższych.

Bardzo silny wpływ na losy diecezji wywarły warunki panujące tu w czasie rozbiorów. Sandomierz znalazł się bowiem w zaborze rosyjskim, w którym władze odnosiły się niechętnie do katolicyzmu kojarzonego nierozdzielnie z polskością. Odbiło się to niekorzystnie na sytuacji Kościoła. Państwo starało się ingerować we wszystkie sprawy, ograniczając władzę biskupów i uniemożliwiając mianowanie nowych. Bez zgody urzędników państwowych nie można było tworzyć nowych parafii, budować kościołów, a księża nie mogli obejmować stanowisk duszpasterskich. Kontroli poddano także studia w seminarium duchownym. Represje nasiliły się zwłaszcza po powstaniu styczniowym, w którym brali udział niektórzy duchowni. Władze skasowały wówczas klasztory i faktycznie uniemożliwiły rozwój jawnego życia zakonnego. W konsekwencji doprowadziło to do powstania zgromadzeń bezhabitowych, które cieszyły się znaczną popularnością w diecezji. Zbyt mała liczba księży miała niekorzystny wpływ na duszpasterstwo parafialne. Z wielkim trudem rozwijały się inicjatywy społeczne. Dopiero w okresie międzywojennym zaistniały warunki do rozwijania przez Kościół swobodnej działalności. Zabezpieczyła to Konstytucja i Konkordat zawarty między rządem polskim a Stolicą Apostolską w 1925 r. W celu sprecyzowania partykularnego prawa kościelnego odbył się w 1923 r. pierwszy synod diecezjalny. W latach dwudziestych utworzono też Niższe Seminarium Duchowne oraz wybudowano Dom Księży Emerytów będący własnością Towarzystwa Wzajemnej Pomocy Kapłanów Diecezji Sandomierskiej. W wielu parafiach powstawały stowarzyszenia religijne i Akcja Katolicka. Sprzyjające warunki umożliwiły licznej grupie księży na odbycie studiów specjalistycznych w uniwersytetach krajowych i zagranicznych. W konsekwencji wzrosła aktywność kapłanów na polu publicystycznym i naukowym, czego owoce ujawniły się po II wojnie światowej. W okresie międzywojennym ukazywało się tu kilka czasopism kościelnych: "Kronika Diecezji Sandomierskiej" utworzona jeszcze w czasie zaborów, "Siewca Prawdy", "Prawda Katolicka", "Przewodnik Żywego Różańca" i prasa parafialna. Księża starali się popierać działalność społeczną, okazując także zaangażowanie polityczne, będące przejawem głębokiego patriotyzmu. Ujawnił się on w czasie II wojny światowej, gdy duchowieństwo zostało dotknięte represjami ze strony okupacyjnych władz hitlerowskich. Wielu księży uwięziono w obozach zagłady, a przeszło 20 zostało zabitych lub zamęczonych. Niektórych z nich wyniesiono na ołtarze.

Okres powojenny obfitował w liczne problemy, wśród których na czoło wysuwała się sprawa relacji z władzami komunistycznymi. Starały się one uzyskać wpływ na Kościół. Władze administracyjne zatwierdzały księży na stanowiska duszpasterskie, usunęły religię ze szkół, zajęły część budynków kościelnych. Zakazano także działalności stowarzyszeń religijnych. W tej sytuacji życie religijne skupiło się wokół kościołów. Sprawowano tu sakramenty, realizowano posługę nauczania. Katechizacja dzieci i młodzieży odbywała się w salkach parafialnych. Stopniowo upowszechniała się katechizacja przedmałżeńska. W celu przygotowania świeckich do działalności apostolskiej utworzono w Sandomierzu Diecezjalne Studium Katechetyczne (1974), Diecezjalne Studium Organistowskie (1972) i Diecezjalne Studium Duszpasterstwa Rodzin (1986). Duże znaczenie w formowaniu pobożności wiernych miał ruch pielgrzymkowy do Częstochowy i sanktuariów diecezjalnych. Okazją do manifestowania uczuć religijnych były obchody tysiąclecia chrztu Polski w 1966 r., peregrynacja kopii obrazu Matki Bożej Częstochowskiej w latach 1972-73 i peregrynacja relikwii krzyża św. (1985-87). W latach siedemdziesiątych rozwinęły się grupy służby liturgicznej, Ruch Światło-Życie, a w niektórych parafiach powstały wspólnoty neokatechumenalne. Stopniowo centrum diecezji przenosiło się do Radomia, który rozwinął się w liczącą 200 tysięcy mieszkańców aglomerację miejską. Dodatkowym atutem przemawiającym na jego korzyść było położenie w centrum diecezji (Sandomierz leżał na jej krańcu). Biskup Edward Materski zamieszkał w Radomiu i podjął decyzję o zbudowaniu tam nowego gmachu seminarium duchownego. Miasto to było także miejscem spotkania Ojca św. Jana Pawła II z wiernymi diecezji sandomiersko-radomskiej 4 czerwca 1991 r.