1995 wurde Kurt Koch vom Basler Domkapitel zum Bischof von Basel gewählt. Die Bischofsweihe spendete ihm am 6. Januar 1996 Papst Johannes Paul II. Sein bischöflicher Wahlspruch lautet: «Christus hat in allem den Vorrang» und stammt aus Kol 1,18
Papst Benedikt XVI. ernannte ihn am 1. Juli 2010 zum Präsidenten des Päpstlichen Rates zur Förderung der Einheit der Christen. Im feierlichen Konsistorium vom 20. November 2010 nahm ihn Benedikt XVI. in das Kardinalskollegium auf.