Ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία του αμπελώνα της Σαντορίνης είναι ο ποικιλιακός της πλούτος, καθώς η καταγωγή των συνολικά 24 ποικιλιών που είναι καταγεγραμμένες ως γηγενείς χάνεται στα βάθη των αιώνων.
Βασική ποικιλία του αμπελώνα είναι το Ασύρτικο, καθώς συναντάται σε ποσοστό 90% ανάμεσα στις λευκές ποικιλίες, ενώ όλες οι λευκές μαζί, καλύπτουν το 80% του αμπελώνα του νησιού. Δύο ακόμα βασικές λευκές ποικιλίες του αμπελώνα είναι το Αθήρι και το Αιδάνι.
Από τις ερυθρές ποικιλίες η Μανδηλαριά είναι η πιο διαδεδομένη στον αμπελώνα της Σαντορίνης, ενώ ξεχωριστή αναφορά αξίζει να γίνει και στην ποικιλία Μαυροτράγανο που κόντευε να εξαφανιστεί μέχρι που το 2008 όποτε και έγινε μια συντονισμένη προσπάθεια για τη διάσωσή της.