Poco dopo la sua morte, da più parti del mondo cattolico giunsero le richieste per l'apertura del processo di beatificazione. La richiesta venne formalizzata nel 1990 con la firma di 226 vescovi brasiliani, tra cui quattro cardinali. Il 26 agosto 2002 il vescovo di Belluno-Feltre Vincenzo Savio, al termine della messa celebrata a Canale d'Agordo in ricordo del XXIV anniversario dell'elezione al soglio pontificio di Albino Luciani, annunciò l'avvio della fase preliminare di raccolta dei documenti e delle testimonianze necessari per avviare il processo di beatificazione.

L'8 giugno 2003, al termine dell'assemblea sinodale svoltasi nella basilica cattedrale di San Martino a Belluno, il vescovo Savio rese noto che la Congregazione delle cause dei santi aveva espresso "parere positivo" circa la "possibilità che si proceda, con i passaggi stabiliti, nella causa di beatificazione e canonizzazione del servo di Dio Giovanni Paolo I" e "ben volentieri concede che, a livello diocesano, l'indagine circa la vita e le virtù del servo di Dio Giovanni Paolo I, nonché sulla sua fama di santità, si svolga presso la curia diocesana della diocesi di Belluno-Feltre".

L'inchiesta diocesana cominciò a operare il 22 novembre 2003. Il processo diocesano si svolse in 203 sessioni, durante le quali, nelle sedi episcopali di Belluno, Vittorio Veneto, Venezia e Roma, vennero interrogati 167 testimoni, tutti de visu (ovvero "dal vivo") eccetto uno.

Il 23 novembre 2003 si tenne nella cattedrale di Belluno la sessione inaugurale dell'inchiesta diocesana del processo di beatificazione presieduta dal vescovo Savio alla presenza del cardinale José Saraiva Martins, ai tempi prefetto della Congregazione delle cause dei santi. Essendo il vescovo di Belluno-Feltre salesiano, come postulatore della causa venne nominato il postulatore generale della famiglia salesiana, don Pasquale Liberatore. In qualità di vice postulatrice della causa venne nominata Stefania Falasca: è la prima volta che l’incarico di vice postulatrice della causa di un pontefice è stato affidato a una donna. Il 10 novembre 2006, sempre nella cattedrale di Belluno, si tenne la sessione di chiusura dell'inchiesta diocesana del processo di beatificazione. Tutti gli atti processuali, con la relativa documentazione archivistica, furono trasmessi alla Congregazione delle cause dei santi.

Il 9 novembre 2007 il Congresso ordinario della Congregazione delle cause dei santi, avendo preso in esame tutti gli atti pervenuti alla medesima congregazione, osservò come la documentazione presentasse diverse lacune, in particolare riferimento a quei documenti conservati presso l'archivio storico del patriarcato di Venezia e presso l'archivio della Conferenza episcopale del Triveneto. Per poter acquisire la documentazione mancante, la Congregazione richiese un supplemento d'indagine e il 25 marzo del 2008 Giuseppe Andrich, nuovo vescovo di Belluno-Feltre, istituì quindi il tribunale per l'inchiesta diocesana suppletiva.

Dopo aver ricevuto i documenti mancanti ed avendoli sottoposti a giudizio, il 27 giugno 2008 la Congregazione delle cause dei santi firmò il decreto di validità sugli atti dell'inchiesta diocesana. Il 30 maggio 2009 si concluse ad Altamura il processo sulla presunta guarigione miracolosa, attribuita all'intercessione di papa Luciani, di Giuseppe Denora, un fedele pugliese originario della diocesi di Altamura-Gravina-Acquaviva delle Fonti, che nel 1992 guarì da un tumore allo stomaco. Gli atti vennero inviati alla Congregazione delle cause dei santi in attesa che la consulta medica e la consulta teologica si fossero espressi in merito.

Il 25 marzo 2010 la Congregazione delle cause dei santi sancì la validità del processo diocesano sulla guarigione di Giuseppe Denora. Il miracolo fu sottoposto ad indagine dalla consulta medica di laici.

Il 17 ottobre 2012 (giorno del centenario della nascita di papa Luciani) il vescovo Enrico dal Covolo, nuovo postulatore della causa a seguito della morte di don Pasquale Liberatore, consegnò nelle mani dell'allora prefetto della Congregazione delle cause dei santi, il cardinale Angelo Amato, il Summarium testium, il primo dei quattro documenti che contribuirono a preparare la Positio, ovvero il dossier che comprende tutto il corpus delle prove che devono dimostrare l'eroicità della vita, delle virtù e della fama di santità del candidato.

Nell'aprile 2015 la diocesi di Vittorio Veneto comunicò che il presunto miracolo sulla guarigione di Giuseppe Denora non era stato riconosciuto tale dalla commissione di esperti incaricati; era necessario un nuovo miracolo per procedere col processo di beatificazione.Nell'agosto 2015 il vescovo di Belluno-Feltre Giuseppe Andrich informò che la Positio era stata terminata, e tra le testimonianze esaminate vi era anche quella personale del papa emerito Benedetto XVI (finora unicum storico in quanto è la prima volta che un Papa emette una testimonianza de visu su un altro Papa) ed il processo di beatificazione era arrivato a conclusione.

Il 16 ottobre 2015 il vescovo di Belluno-Feltre nominò come nuovo postulatore della causa il cardinale Beniamino Stella, al tempo prefetto della Congregazione per il clero e originario della diocesi vittoriese, il quale prese il posto del vescovo Enrico dal Covolo.

Nel luglio 2016 si venne a conoscenza di un nuovo miracolo attribuito a Giovanni Paolo I in America Latina.

Il 17 ottobre 2016 venne consegnata alla Congregazione delle cause dei santi la Positio, composta da cinque volumi. Secondo la prassi, gli organi giudicanti la Positio sono chiamati a esprimersi con voto, positivo o negativo, in due sessioni di esami distinte: quella del Congresso dei consultori teologi e quella della sessione ordinaria dei cardinali e dei vescovi.

Il Congresso dei teologi pronunciò il suo voto positivo unanime il 1º giugno 2017, mentre il 3 novembre 2017 si espresse con lo stesso esito la Sessione ordinaria dei cardinali e dei vescovi ai fini del riconoscimento delle virtù eroiche di Giovanni Paolo I. L'8 novembre papa Francesco rese pubblico il decreto sulle virtù eroiche di papa Luciani: in questo modo si portò a completamento l'iter di giudizio finale per la proclamazione delle virtù che rese venerabile Albino Luciani.

Verso la fine di novembre del 2016 si concluse l'inchiesta diocesana, istituita nel medesimo anno nell'arcidiocesi di Buenos Aires, per un caso di presunta guarigione straordinaria avvenuta nella capitale argentina il 23 luglio 2011 per intercessione di Giovanni Paolo I a favore di una bambina, Candela Giarda, colpita da una "grave encefalopatia infiammatoria acuta, stato di male epilettico refrattario maligno, shock settico". L'infante in questione, il 20 marzo 2011, a soli undici anni, iniziò ad avvertire forti mal di testa che durarono sino al 27 marzo, quando, oltre all'emicrania, la sintomatologia iniziò a preoccupare la famiglia: insorsero febbre, vomito, disturbi del comportamento e della parola. Il quadro clinico molto preoccupante fece in modo che venisse ricoverata d'urgenza a Paraná. Dopo essere stata sottoposta ad attenti esami clinici, venne formulata la diagnosi di "encefalopatia epilettica ad insorgenza acuta, con stato epilettico refrattario ad eziologia sconosciuta". Durante la degenza in ospedale, Candela ebbe giornalmente frequenti crisi epilettiche, tanto che fu necessaria l'intubazione. Il 26 maggio venne trasferita con prognosi riservata nel reparto di terapia intensiva in un ospedale della capitale argentina. Il 22 luglio, a seguito di un ulteriore peggioramento del quadro clinico dato dalla comparsa di uno stato settico da broncopolmonite, i medici decisero di convocare i familiari per informarli di una possibile ed imminente morte della bambina. L'idea di invocare l'intercessione di papa Luciani venne al parroco della parrocchia a cui apparteneva il complesso ospedaliero. Egli, molto devoto al "papa del sorriso", propose, alla madre di Candela ed in seguito al personale sanitario presente in rianimazione, di pregare Giovanni Paolo I affinché la bambina potesse guarire. Il 23 luglio 2011, contrariamente a tutte le aspettative, Candela iniziò a riprendersi in maniera rapida ed il 5 settembre del medesimo anno fu dimessa dall'ospedale. Ella riacquistò la completa autonomia fisica e psico-cognitiva-comportamentale.

Il caso sopracitato fu portato alla discussione della Consulta Medica il 31 ottobre 2019, la quale stabilì all'unanimità che si trattò di una guarigione scientificamente inspiegabile. Il 6 maggio 2021 il Congresso dei teologi espresse giudizio positivo. L'ultimo voto, quello della Sessione dei cardinali e dei vescovi, con il quale si è concluso l'iter giudiziale del processo super miro (ovvero "riguardante il miracolo"), è stato espresso positivamente.

Il 13 ottobre 2021 papa Francesco ha riconosciuto il miracolo avvenuto per intercessione di Giovanni Paolo I e il 4 settembre 2022 è stato beatificato dallo stesso pontefice in piazza San Pietro, alla presenza di circa 25.000 fedeli, tra cui il presidente della Repubblica Italiana Sergio Mattarella, il ministro per i Rapporti col Parlamento Federico D'Incà e il presidente della Regione Veneto Luca Zaia; hanno concelebrato la liturgia con il Papa quasi 400 tra cardinali, vescovi e sacerdoti.Sulla facciata della basilica Vaticana, durante la celebrazione, è stato esposto l'arazzo col ritratto di papa Luciani realizzato su dipinto dell'artista cinese Yan Zhang.Il reliquario è una "novità assoluta per un papa": realizzato dallo scultore Franco Murer, esso contiene uno scritto autografo di Giovanni Paolo I sulle tre virtù teologali (fede, speranza e carità), risalente al 1956, che è incastonato in una croce intagliata su legno di un noce, la quale poggia su un basamento in pietra proveniente da Canale d'Agordo; dopo la cerimonia sarà custodito nella cattedrale di Belluno. La tomba, come per quella di san Paolo VI, resta nelle Grotte Vaticane. La memoria liturgica ricorre il 26 agosto, giorno della sua elezione a Sommo pontefice.