Nach dem Studium der Theologie und der anschließenden Tätigkeit als Prediger studierte Justi Philosophie, schloß diese Studien mit der Promotion ab, wurde 1867 außerordentlicher, 1869 ordentlicher Professor in Marburg und 1871 in Kiel. 

Während dieser Zeit begann er sich jedoch mit der Kunstgeschichte zu beschäftigen. Er schuf vor allem eine dreibändige Winckelmann-Biographie — mit dem Titel "Winckelmann und seine Zeitgenossen" —, deren erste Auflage im Oktober 1872 erschienen ist. Der Rang und die Bedeutung dieses hervorragenden Werkes haben sich bis heute unvermindert behauptet. Noch im gleichen Jahr wurde Justi als Professor der neueren Kunstgeschichte nach Bonn berufen.

Zahlreiche Reisen in Italien, wo er sich zwei Jahre lang aufhielt, Frankreich, Spanien, Belgien, Holland und Rußland dienten seinen Studien.