Ia ditahbiskan sebagai imam pada tanggal 18 Desember 1969 oleh Justinus Kardinal Darmojuwono dan bertugas di Yogyakarta. Ia memilih moto tahbisannya saat itu, "Oleh kemurahan Allah kami telah menerima pelayanan ini. Karena itu, kami tidak tawar hati" (2 Korintus4:1).[3] Kemudian pada tahun 1978–1981, ia menjabat sebagai Rektor Seminari Menengah Mertoyudan.
Pada 28 April 1984, Julius Darmaatmaja juga diangkat oleh Vatikan Roma sebagai Uskup bagi ABRI menggantikan Justinus Kardinal Darmojuwono. Sebagai Uskup ABRI, ia tidak memperoleh pangkat dan jabatan di organisasi ABRI karena ia bukan militer dan jabatan uskup tidak ada dalam ABRI tetapi jabatan yang diberikan oleh Tahta Suci Vatikan.
Darmaatmadja mundur dari jabatannya sebagai Uskup ABRI pada 2 Januari 2006 dan digantikan oleh Uskup Semarang, Ignatius Suharyo.
Pada tanggal 28 Juni 2010, pukul 12.00 (waktu Vatikan), Bapa Suci Paus Benediktus XVI secara resmi mengumumkan penerimaannya atas surat pengunduran diri yang diajukan oleh Julius Riyadi Kardinal Darmaatmadja, S.J., karena faktor usia yang telah mencapai 75 tahun (aturan mengenai batasan umur ini terdapat di dalam di Kitab Hukum Kanonik). Sejak saat itu, Kardinal Darmaatmadja menjadi Uskup Emeritus (uskup yang pensiun) Keuskupan Agung Jakarta dan saat ini berdomisili di Wisma Emaus Girisonta, yang terletak di Ungaran, Kabupaten Semarang, Jawa Tengah.[4][5]
Kardinal Darmaatmadja adalah kardinal imam gereja titulerSanta Cuore di Maria di Piazza Euclide, Roma. Pada Konklaf Kepausan 2013, Kardinal Darmaatmadja memutuskan untuk tidak mengikuti Konklaf tersebut, hal ini dikarenakan kondisi fisiknya yang tidak memungkinkan untuk bepergian jauh, terutama dipengaruhi oleh keadaan kesehatan matanya.
