PN結光電二極管與其他類型的光電探測器一樣，廣泛應用於光敏電阻、光敏耦合元件、光電倍增管等設備中。 它們可以根據接收光的照度輸出相應的模擬電信號（如測量儀器）或在數字電路的不同狀態之間切換（如控製開關、數字信號處理）。

光電二極管還用於消費電子產品，例如 CD 播放器、煙霧探測器以及用於控製電視和空調的紅外遙控設備。 在許多領域裏，都可以使用光電二極管和其他光導材料。 它們都可以用來測量光線，常用於相機的光度計、路燈亮度自動調節等。

所有類型的光線傳感器都可以用來檢測突發光線，或檢測同一電路系統內部的光線。 光電二極管常與發光器件（通常為發光二極管）組合形成模塊，常稱為光電耦合元件。 這樣就可以通過分析接收到的光來分析外部機械部件（如光斬波器）的運動。 光電二極管的另一個作用是充當模擬電路和數字電路之間的中介，使兩個電路可以通過光信號耦合，可以提高電路的安全性。

在科學研究和工業領域中，光電二極管基本都用於精確測量光強，因為它們比其他光導材料具有更好的線性度以及更精確的結果。

在醫療領域設備裏，光電二極管也有極其廣泛同時又不可缺少的應用，例如：X射線（X光）計算機斷層掃描和脈沖探測器等一系列常用儀器。

PIN 結光電二極管通常不用於測量非常低的光強度。 假設弱光條件下需要用到高敏度探測儀的話，像雪崩光電二極管、光敏耦合元件以及光電倍增管都可以發揮作用，如天文學、光譜學、夜視設備、激光測距儀等應用。