Das Landgericht Berlin I ist in erster Instanz für alle Fälle der schweren Kriminalität zuständig, wie Mord, Totschlag, Raubtaten und andere Delikte, bei denen mehr als vier Jahre Freiheitsstrafe zu erwarten sind oder wenn wegen der Bedeutung der Sache beim Landgericht Berlin I die Anklage von der Staatsanwaltschaft erhoben wird. In diesen Sachen entscheiden große Strafkammern, die jeweils mit zwei oder drei Berufsrichtern und zwei Schöffen besetzt sind. Für bestimmte Deliktsgruppen gibt es Sonderzuständigkeiten wie etwa die Staatsschutzkammern, die Jugendkammern, die Wirtschaftsstrafkammern, die Wirtschaftsprüferkammern und, am bekanntesten, die Schwurgerichte, die für alle Kapitalverbrechen zuständig sind. Eine weitere große Strafkammer befasst sich ausschließlich mit der Rehabilitierung von Opfern der Strafjustiz der ehemaligen DDR.
Daneben ist das Landgericht Berlin I in zweiter Instanz zur Entscheidung über Berufungen gegen Urteile der Strafrichter und der Schöffengerichte des Amtsgerichts Tiergarten zuständig, wobei die Strafkammern hier in der Regel mit einem Berufsrichter und zwei Schöffen besetzt sind.
Zusätzlich sind beim Landgericht Berlin I Strafvollstreckungskammern eingerichtet, die sich unter anderem mit Fragen der Aussetzung der Vollstreckung des Rechts einer Freiheitsstrafe zur Bewährung nach Ablauf einer bestimmten Frist oder der Fortdauer bzw. Aussetzung von Maßnahmen der Besserung und Sicherung befassen. Sie sind darüber hinaus mit der Überprüfung von Maßnahmen der Justizvollzugsanstalten befasst.