Für alle Weine des Gebiets, also auch für die wenigen weißen (Rosé gibt es unter der Herkunftsbezeichnung nicht), sind ganze 13 Rebsorten zugelassen, doch ein Großteil der Produktion besteht überwiegend und bisweilen auch komplett aus Grenache, die rund 70% der Rebfläche belegt. Ihr verdanken die Weine ihre legendäre Fülle, ihre Kraft und ihre betörende Saftigkeit. Reine Grenache-Abfüllungen können umwerfend sein, doch zumeist profitiert der rote Chateauneuf-du-Pape von der Beimischung anderer Sorten - allen voran Syrah und Mourvedre - die den Weinen zusätzliches Rückgrat, Frische, Griff und Komplexität.