Den högra pastorn Rachel Treweek, 53, har tagit över från den högra pastorn Michael Perham efter hans pensionering.
Två kvinnliga biskopar har redan utsetts, men biskop Treweek är den första kvinnan som driver ett stift.
Vid en gudstjänst i Gloucester Cathedral presenterades hon med sin pastorella stab och placerades i sin biskops stol.
Hon predikade också sin första predikan som biskop.
Under gudstjänsten välkomnades hon av dekanen av Gloucester, Very Revd Stephen Lake.
Den äldsta kvinnliga biskopen i Engelska kyrkan har formellt påbörjat sin nya roll som biskop i Gloucester.