Die ersten christlichen Gemeinschaften in der Provinz Tarragonas wurden während des dritten Jahrhunderts gegründet. Die Diözese von Tarragona entstand im Jahr 259, als deren Bischof, der Heilige Fructuós und die Diakonen Augurus und Eulogus auf Befehl Kaiser Valerians getötet wurden. Die christliche Gemeinde von Barcino scheint in der späteren Hälfte des dritten Jahrhunderts aufgebaut worden zu sein. Die Verfolgung der Christen unter Diokletian am Beginn des 4. Jahrhunderts führte zu einem Märtyrer in der Region Barcinos, dem heiligen Cucufato. Angeblich von afrikanischer Abstammung, arbeitete Cucufato in einigen Gebieten der Provinz (Barcino, Egara – heute Terrassa – und Iluro – heute Mataró), bevor er im Castrum Octavium (das heutige Sant Cugat del Valles in der Nähe Barcelonas). Die heilige Jungfrau Eulalia soll auch eine Märtyrerin aus Barcelona sein. Das Edikt von Mailand unter Kaiser Konstantin I. (313) gewährte den Christen Religionsfreiheit im römischen Imperium und beendete jedwede Verfolgung. Der erste bekannte Bischof Barcinos war Pretextat (starb um 360), der die Synode von Sofia im Jahr 347 besuchte. Er wurde vom Heiligen Pacia und Lampi (starb 400) nachgefolgt (310-390). Pacia ist besonders für seine Arbeiten De baptismo (Über die Taufe) und Libellus exhortatorius ad poenitentium (über die Buße) bekannt. Die erste Kirche, die Basilica de la Sant Cruz am Ende der modernen Kathedrale, wurde am Ende des vierten Jahrhunderts gebaut.