Le principal utilisateur de cet appareil fut l'armée allemande, qui employa au moins 200 des 227 appareils construits, voire la totalité des appareils selon les chiffres. Environ dix-huit appareils auraient été livrés à l'Empire austro-hongrois, et il est possible que quelques uns aient été vendus à l'Empire ottoman (il s'agirait alors de moins de six appareils). Néanmoins, l'utilisation du Junkers J.I hors de l'armée allemande, et surtout par l'Empire ottoman, reste incertaine.
L'appareil fut disponible sur le front en août 1917. Après un temps d'adaptation nécessaire des équipages, en raison de la lourdeur du Junkers J.I due à sa construction métallique, l'avion fut apprécié des équipages. Cette lourdeur, par rapport à d'autres appareils, provoqua d'abord la mauvaise réputation du Junkers J.I, mais ses qualités estompèrent rapidement la réputation qu'on lui avait forgée. En effet, bien que l'avion soit lent, il était particulièrement résistant par rapport aux appareils équivalents, et l'équipage était bien protégé des tirs ennemis par le blindage. L'avion fut surnommé, du fait de sa construction métallique, de son aspect massif et de son poids, Güterwaggon (wagon de marchandise) et Blechesel (âne de fer). On peut noter, au sujet de la lourdeur de l'avion et de sa supposée dangerosité, l'accident mortel du capitaine Reinhardt, qui se tua aux commandes d'un Junkers J.I le 3 juillet 1918 au cours d'une séance de voltige ordonnée par Hermann Goering.
L'appareil fut employé principalement dans son rôle d'attaque au sol, plus spécifiquement dans son rôle d'attaque de tranchées et de concentrations de troupes, ce que son blindage rendait relativement peu risqué. Il fut moins employé pour l'observation aérienne, car on leur préférait des appareils plus petits, plus légers et donc plus rapides, ce qui les rendait moins vulnérables aux attaques des avions de chasse ennemis et réduisait la durée du vol au-dessus du territoire ennemi. Il fut notamment employé massivement durant le Kaiserschlacht ou seconde bataille de la Marne, entre le 15 et le 20 juillet 1918.