Gadoliniumnitrat wird zur Herstellung von optischem Glas und Dotierstoff für Gadolinium-Yttrium-Granate verwendet, die Mikrowellenanwendungen haben und auch in speziellen Katalysatoren und Leuchtstoffen eingesetzt werden.
Gadoliniumnitrat wird auch zur Herstellung grüner Leuchtstoffe für Farbfernsehröhren verwendet.
Es wird in vielen Qualitätssicherungsanwendungen eingesetzt, beispielsweise bei Linienquellen und Kalibrierungsphantomen.