V Byzantské říši byly církev a stát nerozlučně spjaty jako základní aspekty jediné křesťanské říše, která byla považována za pozemský protějšek nebeského řádu. Bylo proto povinností Justiniána, stejně jako u pozdějších byzantských císařů, podporovat dobrou vládu církve a prosazovat ortodoxní učení. To vysvětluje, proč tolik jeho zákonů podrobně řeší náboženské problémy. Například pohanům, kacířům a Samaritánům bylo zakázáno vyučovat jakýkoli předmět, a ačkoli si Justinian plně vážil klasického dědictví, vyhnal pohanské učitele z kdysi slavné Akademie v Aténách, což je akce namířená proti pohanství spíše než řecké filozofii .
Justiniánovým hlavním doktrinálním problémem byl konflikt mezi ortodoxním názorem přijatým na Chalcedonském koncilu (451), že božská a lidská přirozenost koexistují v Kristu, a monofyzitské učení, které zdůrazňovalo jeho božskou podstatu. Monofyzitismus byl silně držen v Sýrii a Egyptě a byl úzce spjat s rostoucím národním cítením a nelibostí byzantské vlády. Justinián, jehož manželka, Theodora, byla silným zastáncem monofyzitů, nechtěl ztratit východní provincie, ale na druhé straně věděl, že jakékoli ústupky jim téměř jistě odcizí Řím a Západ. Justinián se snažil donutit ortodoxní západní biskupy, aby dospěli ke kompromisu s monofyzity, a dokonce zašel tak daleko, že proti své vůli v Konstantinopoli držel papeže Vigiliuse a odsoudil některé spisy významných církevních osobností v Antiochii ve snaze dosáhnout svého cíl. Druhá konstantinopolská rada (553) nakonec znovu potvrdila chalcedonskou pozici a odsoudila antiochijské podezřelé spisy. Justinian však epizodou nic nedosáhl; neusmířil monofyzity, rozzuřil Antiochii útokem na její učitele a vzbudil Řím zejména tím, jak zacházel s papežem Vigiliem a pokusem o určování doktrinálních záležitostí. Dekrety koncilu Vigiliusovi nástupci nepřijali, a tak nastal rozkol mezi Římem a Konstantinopolem, který trval až do roku 610.
Ke konci své vlády se Justinián do jisté míry stáhl z veřejných záležitostí a byl zaměstnán teologickými problémy. Dokonce upadl do kacířství, když na konci roku 564 vydal edikt o tom, že lidské tělo Kristovo je neporušitelné a zdálo se, že jen trpí (doktrína zvaná afthartodocetismus). To vzbudilo okamžitý protest a mnoho církevních se k němu odmítlo přihlásit, ale záležitost byla zrušena císařovou smrtí, kdy trůn přešel na jeho synovce Justina II. V roce 565. Popsat Justiniánův zájem a činnost v církevních záležitostech jako caesaropapismus ( stát pod kontrolou církve) je zavádějící. Justinian, stejně jako následníci byzantských císařů, se považoval za Kristova zástupce, a východní římská říše neznala žádný jasný rozdíl mezi církví a státem, který se vyvinul v latinském křesťanstvu.