PN接面型光電二極體與其他型別的光探測器一樣，在諸如光敏電阻、感光耦合元件以及光電倍增管等裝置中有著廣泛應用。它們能夠根據所受光的照度來輸出相應的模擬電訊號（例如測量儀器）或者在數位電路的不同狀態間切換（例如控制開關、數字訊號處理）。

光電二極體在消費電子產品，例如CD播放器、煙霧探測器以及控制電視機、空調的紅外線遙控裝置中也有應用。對於許多應用產品來說，可以使用光電二極體或者其他光導材料。它們都可以被用於測量光，常常工作在照相機的測光器、路燈亮度自動調節等。

所有型別的光感測器都可以用來檢測突發的光照，或者探測同一電路系統內部的發光。光電二極體常常和發光器件（通常是發光二極體）被合併在一起組成一個模組，這個模組常被稱為光電耦合元件。如果這樣就能透過分析接收到光照的情況來分析外部機械元件的運動情況（例如光斬波器）。光電二極體另外一個作用就是在類比電路以及數位電路之間充當中介，這樣兩段電路就可以透過光訊號耦合起來，這可以提高電路的安全性。

在科學研究和工業中，光電二極體常常被用來精確測量光強，因為它比其他光導材料具有更良好的線性。

在醫療應用裝置中，光電二極體也有著廣泛的應用，例如X射線計算機斷層成像以及脈搏探測器。

PIN結型光電二極體一般不用來測量很低的光強。如果弱光情況下需要高靈敏度探測器，雪崩光電二極體、感光耦合元件或者光電倍增管就能發揮作用，例如天文學、光譜學、夜視裝置、鐳射測距儀等應用產品。