Przygotowania do powołania Seminarium Diecezji Płockiej rozpoczęto dopiero za czasów biskupa Piotra Dunin Wolskiego (1577–90). Dekret erekcyjny wydał bp Wojciech Baranowski w dniu 9 września 1594 r. Pierwsze Seminarium Duchowne Diecezji Płockiej ulokowano w Pułtusku. Prowadzenie zajęć – na mocy specjalnej umowy – powierzono OO. Jezuitom. Pierwszych 7 kandydatów przyjął biskup Baranowski w sierpniu 1595 r. Nauka trwała wówczas 5 lat. Na początku, przez kilkadziesiąt lat, dochodziło do konfliktów między biskupami płockimi a Jezuitami w kwestiach zarządzania majątkiem oraz programu nauczania. Duchowni mieli często zastrzeżenia do przygotowania duszpasterskiego i poziomu naukowego wykształconych w nim księży. Sytuacja ta miała niewątpliwie wpływ na założenie nowego Seminarium przy katedrze płockiej, którego twórcą był biskup płocki Ludwik Bartłomiej Załuski (1699 – 1721).
16 maja 1710 r. podpisał on umowę z zakonem misjonarzy św. Wincentego a Paulo na prowadzenie uczelni. W siedem lat później Seminarium zaczęło funkcjonować w murowanym domu piętrowym zwanym Kurią Kapitulną, czyli w obecnym “Domu Pod Trąbami”. Seminarium prowadziło 3 misjonarzy a liczba kleryków wahała się od 4 do 12. Podczas dwuletniego okresu nauki wykładano: teologię dogmatyczną i moralną, Pismo Święte, prawo kanoniczne, historię Kościoła i ceremonię. W tym samym czasie w Pułtusku uczyło się 15 kleryków.
W 1732 r. rozwiązano umowę z Jezuitami i od tej pory pracę formacyjną podjęli księża diecezjalni. W drugiej połowie XVIII biskup Michał Jerzy Poniatowski (późniejszy Prymas Polski) – ordynariusz płocki, zreformował oba Seminaria. Wprowadził trzyletnie studia z nowymi wykładami uwzględniającymi przedmioty świeckie. Program ten – z niewielkimi zmianami – przetrwał 100 lat, do czasów bpa Nowodworskiego. Biskup Poniatowski przeniósł także siedzibę Seminarium płockiego z niewielkiej kamienicy do opuszczonego przez Benedyktynów opactwa św. Wojciecha naprzeciwko katedry.
Czasy rozbiorowe dotkliwie odbiły się na dziejach Seminarium. Najpierw rząd pruski zarekwirował większość jego dóbr, a następnie (w czasach Księstwa Warszawskiego i Królestwa Kongresowego) przemarsze wojsk napoleońskich i rosyjskich oraz liczne rekwizycje, zabór mienia, zajmowanie budynków na lazarety i składy wojskowe – były powodem, że w Seminarium przerywano naukę. Szczególnie trudny okres dziejów Kościoła na Mazowszu rozpoczął się po upadku Powstania Styczniowego. Płoccy misjonarze zostali wywiezieni a klasztor na podstawie ukazu carskiego został skasowany. W tej sytuacji biskup Wincenty Teofil Popiel (1863-75) podjął decyzję o połączeniu obu instytucji.
Ostatnia sesja księży profesorów Seminarium w Pułtusku odbyła się w dniu 30 czerwca 1965 r. Po dwóch miesiącach przybyli oni do Płocka. Odtąd było tylko jedno seminarium z siedzibą w Płocku, w gmachu pobenedyktyńskim przy katedrze. Po pewnym czasie władze rosyjskie zabrały ten gmach, nakazując przeniesienie uczelni do pustego klasztoru poreformackiego. Pod koniec XIX w. biskup Aleksander Gintowt-Dziewałtowski przerobił gmach seminaryjny, rozbudowując go, zaś biskup Nowodworski w 1895 r. wydłużył czas nauki do lat 6.
Od 1903 r. istniało tzw. Niższe Seminarium Duchowne, którego alumni zasilali szeregi studentów Wyższego. W czasie I wojny światowej wybudowano w 1916 r. neorenesansowy gmach główny wg projektów architekta Oskara Sosnowskiego. W 20-leciu międzywojennym powstały kolejne budynki: gmach mieszkalny dla profesorów (1924-26) wg projektu prof. Stefana Szyllera oraz gmach biblioteki (1928), zaprojektowany przez Mariana Kontkiewicza. 25 września 1925 r. Rada Ministrów RP uznała seminarium płockie za szkołę wyższą.
9 grudnia 1939 r. płockie Seminarium Duchowne zostało przez Niemców brutalnie rozpędzone. Profesorowie i klerycy tułali się po różnych diecezjach, część z nich zginęła w obozach koncentracyjnych. Już wiosną 1945 r, rozpoczęły się prace porządkowe i wznowiono zajęcia naukowe. Powoli kompletowano kadrę naukową. W 1955 r. było 157 studentów. W 1960 r. uczelnia obchodziła 250-lecie istnienia. Z tej okazji wystawiono na jej terenie nową figurę Najświętszej Maryi Panny. Lata systemu komunistycznego odcisnęły swoje piętno także na życiu Seminarium, m.in. przez powoływanie kleryków do służby wojskowej, zabór letniska “Antoniówki” oraz przeznaczeniu budynków uczelni na różnego rodzaju działalność: biura, magazyny, szkołę.
Zmiany polityczno-społeczne lat 80, na które to ogromny wpływ miał Ojciec Święty Jan Paweł II, wpłynęły korzystnie na funkcjonowanie instytucji, odzyskane gmachy seminaryjne poddano gruntownej restauracji i modernizacji. Najwięcej Wyższe Seminarium Duchowne w Płocku zawdzięcza arcybiskupowi Antoniemu Julianowi Nowowiejskiemu, którego pomnik znajduje się przed kościołem (dawniej seminaryjnym, od 40 lat parafialnym) p.w. św. Jana Chrzciciela. To właśnie on podczas swojej 30-letniej kadencji na stanowisku ordynariusza płockiego, rozbudował i podniósł prestiż tejże uczelni, której wcześniej był rektorem.
Na teren płockiego Wyższego Seminarium Duchownego nie ma możliwości swobodnego wejścia. Należy ono do tzw. obiektów zamkniętych. Wstęp można uzyskać tylko i wyłącznie za zgodą rektora uczelni.