Pour tous les vins de la région, donc aussi pour les quelques blancs (le rosé n'existe pas sous l'appellation d'origine), pas moins de 13 cépages sont autorisés, mais une grande partie de la production est principalement et parfois entièrement composée de grenache, qui occupe environ 70% de la surface viticole. C'est à lui que les vins doivent leur plénitude légendaire, leur puissance et leur jutosité envoûtante. Les mises en bouteille de grenache pur peuvent être époustouflantes, mais la plupart du temps, le châteauneuf-du-pape rouge profite de l'adjonction d'autres cépages - syrah et mourvèdre en tête - qui donnent aux vins une colonne vertébrale supplémentaire, de la fraîcheur, de la tenue et de la complexité.