Am 7. Mai 2006 wurde Dr. Heiner Koch von Erzbischof Joachim Kardinal Meisner im Kölner Dom zum Bischof geweiht. Zum 10-jährigen Weihejubiläum feiert Erzbischof Koch am Samstag, 7. Mai 2016, 18.00 Uhr, ein Pontifikalamt in der St. Hedwigs-Kathedrale.
Als Weihbischof in Köln war Erzbischof Koch zuständig für den Pastoralbezirk Süd des Erzbistums Köln, Bischofsvikar für die Internationale Katholische Seelsorge im Erzbistum Köln, und seit April 2012 zudem Vorsitzender des Diözesan-Caritasverbandes für das Erzbistum Köln. Seit Januar 2013 war er der 49. Bischof des Bistums Dresden-Meißen. Zum Erzbischof von Berlin ernannt wurde er am 8. Juni 2015.