4 мая 1899 года Святой Престол учредил апостольский викариат Лаоса, выделив её из апостольского викариата Восточного Сиама (сегодня — Архиепархия Бангкока).
21 октября 1950 года апостольский викариат Лаоса передал часть своей территории для образования новой апостольской префектуры Тхакхеха (сегодня — Апостольский викариат Саваннакхета). В этот же день апостольский викариат Лаоса был переименован в апостольский викариат Тхари.
7 мая 1953 года апостольский викариат Тхари передал часть своей территории для образования нового апостольского викариата Убона (сегодня — Епархия Убонратчатхани) и апостольской префектуры Удонтхани (сегодня — Епархия Удонтхани).
25 марта 1960 года апостольский викариат Тхари был переименован в апостольский викариат Тхари и Нонсенга.
18 декабря 1965 года Римский папа Павел VI издал буллу «Qui in fastigio», которой возвёл апостольский викариат Тхари и Нонсенга в ранг архиепархии.