Il naquit à Rome vers 280 et fut élu pape le 6 février 337, après plusieurs mois de vacance. Il réforma l’administration de l’Eglise en créant ce qui a plusieurs siècles plus tard été nommé la chancellerie apostolique, dont le fonctionnement reprenait celui de l’administration de l’Empire.
Jules Ier lutta contre les hérésies qui se répandaient au sein de la chrétienté, principalement l’arianisme, qui réfutait la divinité de Jésus-Christ. Il reprocha aux évêques d’Orient d’avoir abandonné la doctrine rappelée par le concile de Nicée. Pour faire cesser les dissensions entre l’Occident et l’Orient, il convoqua en 343 un concile à Sardique (aujourd’hui Sofia, en Bulgarie), où furent excommuniés les ariens, et qui obligea les évêques à s’adresser au pape pour régler leurs différends.
Le pape Jules Ier mourut le 12 avril 352. Quelques lettres de sa main ou lui ayant été adressées, portant toutes sur l’arianisme, ont été conservées.