Los Beatles grabaron "I Need You" en los estudios EMI de Londres los días 15 y 16 de febrero de 1965. Estas fueron las primeras sesiones de grabación del año del grupo y también produjeron "Ticket to Ride" y "Another Girl". Las tres pistas se incluyeron en Help!, cuyo rodaje comenzó en las Bahamas el 23 de febrero.
La canción marcó el uso por primera vez de un pedal de volumen de guitarra por parte de los Beatles. Este efecto de alteración del tono fue un precursor del pedal wah-wah y recientemente había sido tocado por el guitarrista de sesión Big Jim Sullivan en los éxitos de Dave Berry en las listas británicas "The Crying Game" y "One Heart Between Two". La adopción del pedal por parte de Harrison tipificó su búsqueda de nuevos sonidos para los Beatles y de un colorido que fuera empático con el material del grupo. Tocó el papel con su guitarra eléctrica Rickenbacker 330 de 12 cuerdas y pronto volvió a utilizar el efecto en "Yes It Is", una composición igualmente emotiva de Lennon. El musicólogo Walter Everett reconoce la presencia del pedal de volumen en "I Need You" como el ejemplo más importante dentro del trabajo de la banda, con cada acorde con un sonido "flautando" y "múltiples articulaciones" que aparecen a lo largo de la coda de la canción. Citando un comentario posterior hecho por Harrison, Everett dice que "I Need You" fue posiblemente una de las pistas en las que Lennon operaba el control del pedal, arrodillado en el suelo del estudio, mientras Harrison tocaba la parte de guitarra.
"Nunca pude coordinar el pedal. Entonces, lo que hicimos fue que mientras yo tocaba mi parte , John se arrodilló frente a mí y giraba el control de volumen de mi guitarra."
George Harrison
En el libro de 2006 Recording the Beatles, los autores destacan la canción como un ejemplo del "sonido cálido y completo" que la grabadora de cuatro pistas Telefunken M10 de EMI pudo capturar. El periodista Kit O'Toole reconoce que el efecto de guitarra principal de la canción y otras cualidades del folk rock influyeron en los Byrds, cuyo sonido a su vez influiría en los Beatles.