Càrrecs pastorals
El 15 de juliol de 1996 va ser nomenat bisbe auxiliar de Saragossa. Va ser ordenat bisbe el 22 de setembre d’aquell mateix any. El 27 d’octubre de 1999 va ser nomenat bisbe de la diòcesi de Barbastre-Monsó, de la que va prendre possessió el 12 de desembre de 1999. Entre el 24 d’agost de 2001 i el 19 de desembre de 2003 va ser administrador apostòlic d’Osca i entre el 19 d’octubre de 2001 i el 19 de desembre de 2003, també administrador apostòlic de Jaca. El dia 8 de abril de 2004 és nomenat bisbe de la diòcesi de Calahorra i La Calzada-Logronyo. Va prendre possessió de la diòcesi el 29 de maig del mateix any. El 6 de novembre de 2015 es va fer públic el seu nomenament com arquebisbe de Barcelona, seu de la que en va prendre possessió el 26 de desembre del mateix any.

Ha sigut consiliari nacional de Mans Unides (1999-2015).

El 31 de maig de 2013 va ser investit Prior Honorari de la Verge de Valvanera pel Capítol de Cavallers amb motiu de la seva tasca amb el pelegrinatge de la Verge pels diferents municipis de La Rioja amb motiu de l’Any de la Fe.

Membre de la Congregació per als Bisbes des de novembre de 2014, després de ser renovat al desembre de 2017.

Creat cardenal pel papa Francesc el 28 de juny de 2017.

És president de la Conferència Episcopal Espanyola des del 3 de març de 2020.

Altres dades d’interès del Card. Omella
A la Conferència Episcopal Espanyola ha estat membre del Comitè Executiu entre els anys 2017 i 2020.

Ha sigut membre de la Comissió Episcopal de Pastoral Social des de 1996, sent-ne també el president entre els anys 2002 i 2008 i, novament, durant el trienni 2014-2017. També ha format part de les Comissions Episcopals de Pastoral (1996-1999) i Apostolat Seglar (1999-2002/2008-2011).