Ông được bầu làm Giáo hoàng ngày 29 tháng 8 năm 1261. Ông là Giáo hoàng người Pháp đầu tiên kể từ Sylvestrô II và Urbanô II. Ông từ chối nhìn nhận Manfred là vua của Sicilia vì vậy Manfred xâm chiếm Lãnh Địa Giáo hoàng. Đức Urban xin vua Pháp giúp đỡ, ngài ban cho ông này làm vua Sicilia. Ông này lại đề xuất người anh em của mình là Charles d’Anjou.

Urbanus IV thiết lập ngày thánh Corpus Domini. Năm 1264, ông lập lễ Giáo hội hoàn vũ; về sau trở thành lễ Mình Thánh Chúa Kitô mừng kính 60 ngày sau lễ Phục Sinh. Năm 1261, lễ này được cử hành ở Liège dưới tên "thánh thể". Ông bổ sung luật lệ của Toà Án Truy Tà.