W latach 1988-2004 bp Nycz pełnił urząd wikariusza generalnego archidiecezji krakowskiej. Organizował trzy ostatnie pobyty Jana Pawła II w Krakowie podczas pielgrzymek Ojca Świętego, dzięki czemu dał się poznać jako dobry organizator. Od 26 listopada 1999 r. bp Kazimierz Nycz jest przewodniczącym Komisji Wychowania Katolickiego. Głównym przedmiotem jego zainteresowań jest poszukiwanie sposobów wykorzystania możliwości, jakie stwarza szkoła dla działalności katechetycznej oraz poszukiwanie form katechezy parafialnej. Jako przewodniczący Komisji Wychowania Episkopatu Polski w centrum swojej działalności postawił zadanie dostosowania polskiej katechezy do posoborowych dokumentów katechetycznych Kościoła, zwłaszcza „Katechizmu Kościoła Katolickiego” i „Dyrektorium ogólnego o katechizacji”, a także skorelowanie nauczania religii w szkole z wymaganiami reformowanej szkoły. Pod jego kierunkiem zostały opracowanie i zatwierdzone przez Konferencję Episkopatu Polski 20 czerwca 2001 r.: „Podstawa programowa katechezy Kościoła katolickiego w Polsce”, „Dyrektorium katechetyczne Kościoła katolickiego w Polsce” i „Program nauczania religii”.

9 czerwca 2004 r. został mianowany przez Jana Pawła II biskupem diecezjalnym koszalińsko-kołobrzeskim. Wprowadził przy parafiach katechezę pozaszkolną w małych grupach w ramach przygotowania młodzieży gimnazjalnej do przyjęcia sakramentu bierzmowania. Wspólnotom parafialnym polecił także troskę o kontakt z młodzieżą studiującą. Znany jest z otwartości zarówno na duchownych, jak i świeckich. Chętnie podejmuje też dialog ze światem mediów.