Zastosowania Twierdzenie Baire’a ma liczne zastosowania. W analizie funkcjonalnej wykorzystuje się je w dowodach takich twierdzeń, jak: twierdzenie o odwzorowaniu otwartym, twierdzenie o wykresie domkniętym, twierdzenie Banacha-Steinhausa.
Z twierdzenia Baire’a wynika także fakt, że każda przestrzeń metryczna zupełna bez punktów izolowanych jest nieprzeliczalna. W szczególności zbiór liczb rzeczywistych jest nieprzeliczalny.
Twierdzenie o istnieniu funkcji ciągłych, nieróżniczkowalnych Stefan Banach użył twierdzenia Baire’a do dowodu faktu istnienia funkcji ciągłych na odcinku , które nie są różniczkowalne w żadnym punkcie swojej dziedzinyS. Banach, Über die Baire’sche Kategorie gewisser Funktionenmengen. Studia. Math. 3 (1931), s. 174–179..
Dowód Banacha pokazuje, że zbiór funkcji które mają pochodną w choć jednym punkcie jest tak zwanym zbiorem I (pierwszej) kategorii.