L’odierna diocesi è frutto della piena unione, stabilita nel 1986, di due antiche diocesi: Anagni, attestata dal V secolo, e Alatri, i cui primi vescovi sono documentati nel VI secolo. Il 30 novembre 1972 Vittorio Ottaviani, già vescovo di Alatri, fu nominato anche vescovo di Anagni, unendo così in persona episcopi le due diocesi, che rimasero unite anche con il successivo vescovo Umberto Florenzani.

Il 2 settembre 1984 papa Giovanni Paolo II si recò in visita pastorale nella città di Alatri, mentre il 31 agosto 1986 visitò la città di Anagni.

Il 30 settembre 1986, in forza del decreto Instantibus votis della Congregazione per i vescovi, le due sedi sono state fuse in una sola diocesi con il nome attuale di Anagni-Alatri.

Il 16 luglio 2002 la diocesi si ingrandì con il territorio delle parrocchie del comune di Trevi nel Lazio, appartenute in precedenza all’abbazia territoriale di Subiaco.

Dal 10 novembre 2022 è unita in persona episcopi alla diocesi di Frosinone-Veroli-Ferentino. La diocesi comprende, oltre alle città di Alatri e Anagni, vari comuni della provincia di Frosinone (Trevi nel Lazio, Fiuggi, Piglio, Fumone, Acuto, Filettino, Morolo, Sgurgola, Torre Cajetani, Trivigliano, Vico nel Lazio, Guarcino, Collepardo) e, in misura minore, della città metropolitana di Roma Capitale (Carpineto Romano, Gorga, Vallepietra). Appartiene alla diocesi inoltre la località di Porciano, frazione di Ferentino e un tempo comune autonomo.

Sede vescovile è la città di Anagni, dove si trova la cattedrale di Santa Maria Annunziata. Ad Alatri, invece, sorge la concattedrale di San Paolo. Il territorio si estende su 787 km² ed è suddiviso in 56 parrocchie, raggruppate in 3 foranie: Anagni, Alatri e Fiuggi.