Urbanus VIII valiti paavstiks 6.  augustil 1623 Vatikani paavstipalees ja krooniti mihklipäeval 29. Septembril kardinal Alessandro d'Este poolt. Kroonimine lükkus edasi paavsti haiguse tõttu. 19. juulist 6. augustini 1623 toimunud konklaavil osales 55 kardinali, kuid 3. augustil lahkus kardinal Andrea Baroni Peretti Montalto konklaavilt ja kohale jäänud 54 kardinali seast valiti Urbanus VIII paavstiks 50 häälega, kuid et üks kardinal ei pannud oma skrutiiniumit teiste hulka, kaaluti ka uue vooru korraldamist. Konklaavil peeti soosikuks kardinal Ottavio Bandinit, kes ei saanud aga vajalikku toetust. Kardinal Scipione Caffarelli Borghese toetas Giovanni Garzia Millini valimist, kes sai varasemas voorus 22 häält.