Đức cha đã mời thầy già Yến là người đã từng cộng tác với đức cha trong việc xây dựng chủng viện thánh Alberto Nam Định vv, về xây dựng chủng viện Thánh Tôma Mỹ Đức cùng song song với chủng viện là Tòa giám mục. Chỉ sau đúng một năm (9/1936-9/1937) với sự lãnh đạo tài tình của đức cha, tinh thần hăng say, nhiệt tình đóng góp tài chính, công sức của giáo dân Giáo phận Thái Bình đã khánh thành Tiểu chủng viện Tôma Mỹ Đức. Tiểu chủng viện là một tòa nhà ba tầng ba tầng cao 14 mét, rộng 13 mét và dài 70 mét nằm tả ngạn bên sông Trà Lý thuộc xã Cát Đàm, làm nơi huấn luyện chủng sinh cho Giáo phận.
Năm 1940, nối thêm 20 mét phía đầu đông của tòa nhà ba tầng làm cho kiến trúc của chủng viện Mỹ Đức theo hình thánh giá.
Sau khi khánh thành chủng viện Mỹ Đức, đức cha Casado Thuận đã đưa toàa bộ tiểu chủng sinh đang học tại Bùi Chu về học tại Mỹ Đức và chính thức chiêu sinh khóa đầu tiên.
Sau biến cố 1954, toàn bộ chủng sinh, 80 linh mục triều và dòng, các dì phước và hơn 70.000 người di cư vào nam. Chủng viện Mỹ Đức bị bỏ trống một thời gian đến năm 1956 mới mở lại. Năm 1963, sau khi đức cha Phạm Năng Tĩnh-giám mục Giáo phận Bùi Chu phong chức cho 29 cha, nhà nước đã ra lệnh đóng cửa tất cả các Đại chủng viện, tiểu chủng viện trên toàn miền bắc trong đó có chủng viện Mỹ Đức của Giáo phận Thái Bình.
Năm 1972, đức cha Đaminh Đinh Đức Trụ đã được nhà nước cho phép mở lại chủng viện Mỹ Đức và được chính quyền chấp nhận mở khóa đào tạo 1972-1977 cho 9 thầy và 6 linh mục đã chịu chức trước đó về hàm thụ. Ngày 16/10/1977, cả Giáo phận hân hoan vì từ nay có những thợ gặt mới trên cánh đồng truyền giáo của Giáo phận.
Chủng viện Mỹ Đức đóng cửa cho đến năm 2008, đức cha Phanxicô Xaviê Nguyễn Văn Sang làm đơn xin chính quyền mở lớp bồi dưỡng 3 năm cho các thầy lớn tuổi trong Giáo phận. Đề nghị này của đức cha đã được chính quyền chấp nhận, và đúng ngày lễ Thánh Tâm Chúa Giêsu năm 2008, chính quyền đã chính thức có văn bản trả lời đồng ý cho đức cha mở lớp bồi dưỡng về triết học và thần học cho 30 thầy lớn tuổi trong Giáo phận. Cảm tạ ơn Chúa, đặc biệt là Thánh Tâm Chúa Giêsu, quan thầy Giáo phận. Đức cha đã đổi chủng viện Mỹ Đức thành chủng viện Thánh Tâm với ước mong các thầy tu học ở đây sẽ là những “Tâm Sĩ” như lòng Chúa mong ước.
Trong dịp Tĩnh Tâm Năm linh mục Giáo phận Thái Bình tháng 11-2009, Đức cha Phêrô Nguyễn Văn Đệ cùng linh mục đoàn nhất trí lấy lại tên cũ là Chủng viện Mỹ Đức. Toàn thể Giáo phận cùng nhau xây dựng, củng cố chủng viện Mỹ Đức thành cơ sở đào tạo nhân sự chính thức của Giáo phận hiện tại và tương lai.
