Den hellige Julius I var i følge LP født i Roma som sønn av Rusticus.
Han ble valgt etter en uforklarlig vakanse på 4 måneder og går inn i historien som en både dyktig og modig pave. Informasjonene om hans virksomhet på hjemmebane er sparsomme, men LP krediterer ham, muligens med rette, for å reorganisere det pavelige arkiv etter modell av den keiserlige praksis og bestemte at alle offisielle papirer skulle oppbevares. Han regnes derfor som grunnleggeren av Pavestolens arkiver. For første gang nevnes en primicerius notariorum eller førstenotar. LP skriver videre at pave Julius også bestemte at kirkene i øst skulle feire jul 25. desember i stedet for å slå feiringen sammen med epifani på 6. januar. I hans pontifikat fortsatte den kristne befolkningen i Roma stadig å øke, og hans omsorg for dem fikk ham til å bygge flere kirker i byen. De viktigste er basilikaene Sta Maria in Trastevere og Den julianske Basilika (Basilica Julia), nå Kirken for de tolv Apostler, Ss Dodici Apostoli, i tillegg til tre kirker på kirkegårder.
Men Julius Is livsverk var en energisk bekjempelse av det arianske kjetteri, hvor han urokkelig sto fast på Kirkens lære fra Nikea om at Sønnen er av samme vesen som Faderen, født og ikke skapt. Han støttet også ortodoksiens østlige mestre, patriark Athanasius av Alexandria og Marcellus av Ancyra (død ca 376), som det arianske partiet hadde forvist fra bispesetene. Etter Arius' død i 336 var deres leder Eusebius av Nikomedia, og de var nå de dominerende i øst. Både keiser Konstantin, men enda verre, hans sønn og etterfølger i øst, Konstantius hadde lånt øre til arianerne.
Da Konstantin den Store døde den 22. mai 337, fikk de forviste ortodokse biskopene tillatelse av myndighetene til å vende tilbake til sine bispeseter. De sjokkerte eusebianerne forsøkte å sikre seg pave Julius' hjelp for å hindre dette, og snart kom det en delegasjon fra Alexandria som ba paven anerkjenne en viss Pistus som byens biskop i stedet for ortodoksiens store forkjemper Athanasius. Delegatene prøvde å bevise at Athanasius, som i virkeligheten hadde blitt offer for arianske intriger, hadde blitt lovlig avsatt. Athanasius på sin side sendte også utsendinger til Roma, og senere kom han personlig til byen for å legge sin sak frem for paven. Arianerne ba paven om å holde en synode for å avgjøre saken.
Men Julius avslo å gi sin tilslutning til at de ortodokse biskopene ble avsatt og erstattet med arianske kandidater, og han tok dem under sin beskyttelse da de flyktet til Roma. Athanasius fant asyl hos Julius i Roma i 339, og paven tillot Marcellus av Ancyra, som var mistenkt for sabellianisme, kommunion etter at han skrev under det romerske dåpsformularet.
På en synode i Roma som Julius innkalte i begynnelsen av 341 med over 50 biskoper til stede, ble biskopene fullstendig renvasket for doktrinære feil og avsettelsen av dem ble kjent ugyldig. Paven meddelte dette til deres motstandere, som ikke deltok på synoden, selv om det var de som opprinnelig hadde krevd den, og han lot dem få vite at han var misfornøyd med deres manglende samarbeidsholdning. Som svar kom det en enstemmig protest fra 97 biskoper som var samlet til en synode i Antiokia sommeren 341. De gjentok fordømmelsen av de avsatte biskopene og vedtok en trosbekjennelse som utelot den nikenske nøkkelsetningen «av samme vesen som Faderen».
For å finne en utvei ba Julius Konstantins to sønner, vestkeiseren Konstans (337-50), som var velvillig til den ortodokse kristendommen, og østkeiseren Konstantius II (337-61), som var pro-ariansk, om å innkalle en ny felles synode for øst og vest i Sardika (det nåværende Sofia i Bulgaria) i 342 (eller 343). Men den vestlige delegasjonen insisterte på at Athanasius og Marcellus skulle delta i forhandlingene, og da de østlige utsendingene dessuten fant at de var i mindretall, trakk de seg oppbrakt tilbake til Philippopolis, og der gjentok de fordømmelsen og avsettelsen av Athanasius og Marcellus. De ekskommuniserte også ledende vestlige biskoper, inkludert pave Julius, som de stemplet som årsaken til alle stridighetene.
I mellomtiden fortsatte den vestlige majoriteten å møtes som et konsil. Selv om Julius ikke var til stede personlig, kan hans innflytelse spores i konsilets fornyede forsvar for Athanasius og hans kolleger, dets fordømmelse av mange av eusebianerne og deres tilhengere og dets vedtak, spesielt canon 3, 4 og 5, som ga en avsatt biskop rett til å appellere til paven.
Athanasius var først ikke i stand til å vende tilbake til Alexandria, ettersom østkeiser Konstans støttet den arianske biskop Georg. Først da inntrengeren var død, kunne Athanasius i 346 vende tilbake fra sitt eksil i Sør-Frankrike. Han fikk med et følgebrev fra pave Julius til Alexandria, hvor paven begeistret gratulerte kirken der med å få tilbake sin tapre leder og sanne biskop.
De neste årene frem til Julius' død forløp rolig, og det var først etterfølgeren pave Liberius som fikk erfare de politiske konsekvensene av Romas holdning. Men Julius rakk å oppleve tilfredsstillelsen over at biskopene Ursacius og Valens, to av Athanasius' bitreste fiender og ledere av arianismen i vest, i 347 underdanig avsverget sine feil og foreløpig ble gjenopptatt til kommunion av paven.
Under Athanasius' opphold i Roma gjorde han mye for å gjøre det egyptiske munkevesenet kjent, og ga dermed avgjørende impulser til det religiøse liv i byen og vesten.
Pave Julius døde den 12. april 352 og ble gravlagt på Calepodius-kirkegården på Via Aurelia. Han ble æret som hellig helt fra rett etter sin død, og han ble tatt opp i den romerske kalenderen av 354, bare to år senere. Hans minnedag er 12. april.