Die Fettsäurezusammensetzung im Sonnenblumenöl ist je nach Herkunft (Sorte) der Saat deutlich unterschiedlich. Neben dem herkömmlichen Sonnenblumenöl, bei dem ähnlich wie bei Distelöl Linolsäure mit 48 bis 74% ein Hauptbestandteil der ungesättigten Fettsäuren ist, werden verschiedene Sorten mit erhöhten Anteilen bestimmter Fettsäuren unterschieden.
Bei High-Oleic-Sonnenblumen (HO-Sonnenblumen) wurde durch konventionelle Züchtung der Anteil von Ölsäure auf 70-92% erhöht und der Anteil mehrfach ungesättigter Fettsäuren auf ca. 10% gesenkt. High-Oleic-Sonnenblumenöl hat damit eine ähnliche Zusammensetzung wie Olivenöl. Dadurch soll eine höhere Hitzestabilität gewährleistet werden.
Weitere Sorten mit veränderten Fettsäureanteilen ergeben beispielsweise Sonnenblumenöl mit hohem Linolensäureanteil von 76%. Auch Sonnenblumenöle mit hohem Palmitin- und Linolsäureanteil (27,3% Palmitins./46,8% Linols.), mit hohem Palmitin- und Ölsäureanteil (24,6% Palmitins., 59,8% Linols.) oder mit hohem Stearin- und Ölsäureanteil (11% Stearins./79,1% Öls.) kommen vor.
Der Großteil aller in Pflanzenölen vorliegenden Fettsäuren ist als Triglycerid an einen Glycerinrest gebunden. Der Anteil freier Fettsäuren (FFA) im Sonnenblumenöl liegt mit unter 1,8% vergleichsweise niedrig, die Peroxidzahl ist unter 8,0 meq/kg. Auffällig ist der hohe Vitamin-E-Gehalt in Sonnenblumenöl. Dieser schützt vor oxidativem Verderb und verbessert daher die Lagerfähigkeit.
Bei Kaltpressung des Öls bleiben viele Vitamine und ernährungsphysiologisch wertvolle Fettsäuren in ihrer bioaktiven Form erhalten, wenn die Flüssigkeit nicht über 30 °C erwärmt wird.
Sonnenblumenöl wurde in Nordamerika bereits vor drei bis vier Jahrtausenden genutzt. Vermutlich brachten spanische Entdecker die Ölpflanze mit nach Europa, wo sie vor allem in Italien, Deutschland und Frankreich genutzt wurde. Heute ist Russland der wichtigste Erzeuger von Sonnenblumenöl, weitere wichtige Erzeugerregionen sind die EU, Argentinien und die Ukraine. Mit einer geschätzten weltweiten Produktionsmenge von 11,5 Mio t (Wirtschaftsjahr 2008/09) ist Sonnenblumenöl nach Palm-, Soja- und Rapsöl das mengenmäßig viertwichtigste Pflanzenöl.
Zur Gewinnung des Öls werden die reifen Sonnenblumensamen geschält, gemahlen und anschließend kalt ausgepresst, für die industrielle Verwendung ist auch die Heißpressung möglich. Eine höhere Ölausbeute ist durch Extraktion möglich. Das gewonnene Öl wird teilweise raffiniert, um unerwünschte Bestandteile zu entfernen.
Pflanzenöl wird kühl (< 20 °C), trocken und lichtgeschützt gelagert. Sonnenblumenöl ist vergleichsweise lagerstabil, die Haltbarkeit liegt bei max. 12 Monaten nach der Produktion.
Neben der Verwendung als Speiseöl wird Sonnenblumenöl auch in Pharmazie und Medizin sowie für industrielle Verwendungen eingesetzt. Das Pflanzenöl gilt als wertvolles Speiseöl, das vielseitig verwendbar ist: in Salaten und ungekochten Gerichten, Dressings und Saucen sowie beim schonenden Dünsten von Gemüse. Sonnenblumenöl von "High Oleic"-Sorten ist hitzestabiler und wird daher auch zum Frittieren eingesetzt. Sonnenblumenöl eignet sich auch zur Verwendung in Babynahrung sowie zur Herstellung von Mayonnaise und Margarine.
In der Pharmazie stellt das Öl ein Füllmaterial in Weichgelatinekapseln dar, daneben wird es für Salben und Cremes verwendet und kann Olivenöl oder Erdnussöl in Medizinprodukten ersetzen. Traditionell angewendet wird Sonnenblumenöl bei Verstopfung sowie äußerlich zur Wundbehandlung und bei Rheuma.
Industriell wird Sonnenblumenöl für Farben und Lacke verwendet, zudem ist es in Öl- und Künstlerfarben enthalten. Auch in der Lederbearbeitung und in der Tuchfabrikation (Konservierungsmittel) wird es eingesetzt. Als Biokraftstoff kann reines Sonnenblumenöl als Pflanzenölkraftstoff eingesetzt werden, anders als bei Rapsölkraftstoff sind die Kraftstoffqualitäten jedoch nur wenig erforscht, und die Ermäßigung der Mineralölsteuer entfällt. Üblich ist dagegen die Erzeugung von Biodiesel aus Sonneblumenöl: Rund 10% des 2007 in Europa erzeugten Biodiesels bestehen aus Sonnenblumenöl (Sonnenblumenöl-Methylester, SME)