Il Cinquecento è stato il secolo in cui la diocesi ebbe il privilegio di essere governata da due vescovi che divennero papi.

Il primo fu Marcello Cervini che tra il 1539 e il 1540 amministrò la diocesi senza mai visitarla. Divenuto papa il 9 aprile nel 1555 col nome di Marcello II, regnò sulla Chiesa cattolica solo per 22 giorni. Morì, infatti, il 30 aprile 1555 a causa di un attacco apoplettico una settimana prima di compiere 54 anni.

Dal 1560 al 1575 fu Giovanni Antonio Facchinetti a reggere la diocesi. Protagonista del Concilio di Trento, fu lui a fondare il seminario vescovile e far venire nella diocesi i conventuali, i carmelitani e gli agostiniani. Istituì anche diverse confraternite tra cui quelle di San Petronio, di Santa Maria della Veterana, di Santa Maria del Rito o Ospedale, inizialmente riservate ai nobili di seggio, e quelle della Concezione e di San Giovanni della Coltura, controllate da famiglie del ceto medio nicastrese.

Nominato patriarca di Venezia nel 1575 lasciò la diocesi e divenne poi papa nel 1591 col nome di Innocenzo IX.