Наряду с тремя однотипными кораблями — «Гельголандом», «Остфрисландом» и «Тюрингеном» — «Ольденбург» участвовал во всех основных операциях Первой мировой войны в Северном море против британского Гранд Флита. Линкор принимал участие в Ютландском сражении — самом большом морском сражении войны, проходившем 31 мая — 1 июня 1916 года. В августе 1915 г. «Ольденбург» вел боевые действия в Балтийском море против российского флота, участвовал в первом неудачном вторжении в Рижский залив, хотя не имел огневого контакта с российскими кораблями.