Podczas spotkania opłatkowego z duchowieństwem Archidiecezji Warszawskiej metropolita warszawski kard. Kazimierz Nycz poinformował księży, iż złożył na ręce papieża Franciszka prośbę o przyjęcie rezygnacji z urzędu arcybiskupa warszawskiego.
– Prośba o przyjęcie rezygnacji ma związek z ukończeniem w lutym 2025 roku wieku 75 lat, jednak została skierowana wcześniej, bez czekania na dokładną datę osiągnięcia wieku emerytalnego – przekazał rzecznik archidiecezji warszawskiej ks. Przemysław Śliwiński.
3 marca 2007 papież Benedykt XVI mianował biskupa Kazimierza Nycza arcybiskupem metropolitą warszawskim (ogłoszenie nominacji 25 marca 2007). Formalnego objęcia rządów w archidiecezji warszawskiej i ingresu do bazyliki archikatedralnej św. Jana Chrzciciela w Warszawie Arcybiskup dokonał w Niedzielę Palmową 1 kwietnia 2007. Paliusz arcybiskupi otrzymał z rąk Ojca Świętego 29 czerwca 2007.
W tym samym roku został mianowany ordynariuszem wiernych obrządku wschodniego w Polsce nie mających własnego biskupa. Biret kardynalski abp Kazimierz Nycz odebrał z rąk papieża Benedykta XVI 20 listopada 2010 roku w bazylice św. Piotra w Rzymie razem z 24. duchownymi. Nominacje kardynalskie Benedykt XVI ogłosił na zakończenie audiencji generalnej w środę, 20 października 2010 r.
Dwa dni przed beatyfikacją Jana Pawła II kard. Kazimierz Nycz objął w Rzymie swój kościół tytularny. Bazylikę św. Sylwestra i Marcina ai Monti niedaleko Koloseum przydzielił mu papież Benedykt XVI mianując go w listopadzie 2010 r kardynałem.
Od 2010 r. kard. Nycz jest członkiem Kongregacji: ds. Kultu Bożego i Dyscypliny Sakramentów oraz Kongregacji ds. Duchowieństwa, a od 2014 r. także członkiem Papieskiej Rady Kultury. W 2013 roku uczestniczył w konklawe, na którym papieżem został wybrany Franciszek.
Natomiast w ramach Konferencji Episkopatu Polski kard. Nycz od grudnia 2004 r. jest członkiem Rady Stałej KEP (obecnie z urzędu) oraz członkiem Zespołu ds. Kontaktów z Konferencją Episkopatu Niemiec. Ponadto, jest członkiem Komisji Wspólnej Przedstawicieli Rządu RP i KEP, przewodniczy też Radzie Fundacji „Dzieło Nowego Tysiąclecia”.
W przeszłości, w latach 1999-2009 przewodniczył Komisji Wychowania Katolickiego. Episkopatu Polski. Pod jego kierunkiem zostały opracowane: Podstawa programowa katechezy Kościoła katolickiego w Polsce, Dyrektorium katechetyczne Kościoła katolickiego w Polsce i Program nauczania religii, zatwierdzone przez Konferencję Episkopatu Polski w 2001 r.
Do czerwca 2019 r., przez dwie pięcioletnie kadencje kard. Nycz pełnił funkcję przewodniczącego Rady Ekonomicznej Episkopatu Polski (2009-2019).
Od 2013 r. jest także wielkim przeorem zwierzchnictwa w Polsce Zakonu Rycerskiego Grobu Bożego w Jerozolimie (bożogrobców).
Od 1 lipca do 31 grudnia 2019 r. decyzją papieża Franciszka był administratorem apostolskim sede plena diecezji płockiej na czas prawnej nieobecności w diecezji biskupa płockiego.
