Församlingen bildades i mitten av 1100-talet genom en utbrytning ur S:t Pers församling. Den kallades under medeltiden för S:ta Marias församling och därefter Visby församling.
1811 bröts Visby landsförsamling och namnet ändrades då till Visby stadsförsamling. Landsförsamlingens område återfördes i omgångar (1895 och 1936) varefter namnet åter blev Visby församling.

1986 ändrades namnet till dagens Visby domkyrkoförsamling, ett namn som redan i början av 1900-talet började användas i exempelvis födelseböckerna för stadsförsamlingen. Stadsförsamlingen har inte heller något särskilt kyrkoarkiv utan alla dess böcker finns hos riksarkivet samlade i Visby domkyrkoförsamlings kyrkoarkiv.