El 3 de noviembre de 2014, el papa Francisco nombró a Robert Prévost como administrador apostólico de la diócesis de Chiclayo, elevándolo a la dignidad de obispo y asignándole la diócesis titular de Sufar.
El 7 de noviembre tomó posesión canónica de la diócesis en presencia del nuncio apostólico James Patrick Green; fue ordenado obispo el 12 de diciembre, día de la festividad de Nuestra Señora de Guadalupe, en la catedral de su diócesis.
Desde el 26 de noviembre de 2015 desempeña el cargo de obispo de Chiclayo y en marzo de 2018 y hasta 2023 asumió el cargo de segundo vicepresidente de la Conferencia Episcopal Peruana.