Bald darauf wurde er zum Bischof geweiht und gründete ein Kloster, das zur Keimzelle der Diözese wurde. Bei seiner Missionsarbeit erhielt Willibald Unterstützung von seinen Geschwistern Wunibald und Walburga, die das nahe gelegene Kloster in Heidenheim führten. Die Gebeine des hl. Willibald ruhen heute im Eichstätter Dom, und auch die hl. Walburga fand ihre letzte Ruhestätte schließlich in Eichstätt.
Mit Bischof Gebhard I. wurde im 11. Jahrhundert ein Eichstätter Bischof zum Papst gewählt und stand als Viktor II. an der Spitze der Kirche. Ab etwa 1300 herrschten die Bischöfe über ein großes zusammenhängendes Gebiet an der mittleren Altmühl – das Hochstift Eichstätt. Zur Zeit der Reformation erwies sich Eichstätt als eine Hochburg des Katholizismus, weshalb die Stadt im Dreißigjährigen Krieg gebrandschatzt wurde. Auf die Zerstörung folgte eine rege Bautätigkeit, die zahlreiche barocke Schätze entstehen ließ und erst mit der Säkularisierung ein Ende fand.
Einen Überblick über die Geschichte des Bistums Eichstätt gibt das Diözesanmuseum.
