Connu pour ses 13 cépages permettant de vinifier un vin rouge, l’AOC Châteauneuf du Pape, en compte 6 pour la production de ses blancs, et le Grenache blanc est le cépage le plus couramment utilisé. Peu acide, il apporte structure et longueur en bouche, un bouquet floral et des notes d’agrumes et de fruits d’été à noyaux. La Clairette, qui est le cépage principal du vin blanc effervescent connu sous le nom de Clairette de Die, est peu acide également, aux notes florales, parfois végétales (tilleul, fenouil) et fruitées (pomme, abricot, pêche). Le cépage Bourboulenc participe à la structure en apportant nervosité et finesse, il participe grandement à la floralité des vins blancs de Châteauneuf du Pape et développe des arômes tels que l’amande et la pomme verte. Enfin, le cépage Picpoul, ou Piquepoul, cépage que l’on retrouve dans le vin blanc languedocien Picpoul de Pinet, est plus vif, ajoute à la fraîcheur et au fruité.
Comme pour les Châteauneuf du Pape rouges, les vins blancs de Châteauneuf du Pape sont en grande majorité issus d’association de ces cépages, et les assemblages ne sont pas les mêmes d’un producteur à un autre. Le Grenache est le cépage majoritaire dans la plupart des vins blancs de Châteauneuf du Pape, mais on peut également trouver des vins d’assemblage avec la Clairette ou la Roussanne en principal cépage, ce qui ajoute à la variété des vins de l'AOC.