Blickt der geneigte Weinfreund auf den Rebsortenspiegel der Champagne, kommt ihm zumeist das wohl bekannte Dreigestirn aus Pinot Noir, Meunier und Chardonnay in den Sinn - und das völlig zu Recht, denn gemeinsam nehmen diese klassischen Varietäten stolze 99,7% der Fläche ein: Pinot Noir (Synonyme u.a.: Spätburgunder, Blauburgunder, Pinot Nero) dominiert mit einem Gesamtanteil von aktuell rund 38% vor allem die kühlen Kalkböden der Côte des Bar und der Montagne de Reims. Auf ihn folgt mit etwa 31% der Meunier (Schwarzriesling, Müllerrebe) mit Schwerpunkt auf den tonhaltigen Böden des Vallée de la Marne. Die einzige weiße Sorte unter den großen Drei, der Chardonnay, belegt ebenfalls ca. 31% der Anbaufläche, an der Côte des Blancs hält er unangefochten die Spitzenposition.
Allerdings sind für die Erzeugung von Champagner insgesamt acht Rebsorten zugelassen, von denen fünf jedoch nur auf einer verschwindend kleinen Fläche von ungefähr 90 Hektar im Ertrag stehen. Der Klimawandel erfordert Umdenken, sodass manche der alten, „vergessenen“ Rebsorten ein kleines Revival erleben und mit neuen Rebsorten experimentiert wird. Von diesen selteneren Rebsorten wiederum nimmt das Gros von ca. 80 Hektar der Pinot Blanc (Weißburgunder, Pinot Bianco) ein, der zwar hohe Ansprüche an die Lage stellt, aber im Gegenzug auch sehr hochwertige Weine hervorbringen kann. Sein unmittelbarer Verwandter, der Pinot Gris (Grauburgunder, Pinot Grigio), steht auf etwa 3 Hektar und ist die am frühesten reifende Sorte der Champagne. Aufgrund hoher Zuckerwerte werden aus ihm oftmals süße Weine bereitet.
Der Petit Meslier (4 Hektar) ist eine alte autochthone weiße Sorte der Champagne, die bis ins 19. Jahrhundert weit verbreitet war. Da er sich jedoch als eher ertragsarm uns sensibel erwies, nahm seinen Platz schrittweise der unkompliziertere Chardonnay ein. Er bringt sehr feine, spritzige Weine hervor.
Eine weitere Rebsorten-Rarität ist die Arbane (3 Hektar), ebenfalls weiß und autochthon, jedoch ausgesprochen spät reifend und anfällig – insbesondere gegenüber Pilzkrankheiten bei schlechter Witterung. Ein Anbau lohnt sich daher nur in den besten Lagen, Arbane belohnt das Risiko in guten Jahrgängen jedoch mit sehr kraftvollen, alkoholstarken Weinen.
Seit 2025 gibt es eine Neuheit im Rebsortenspiegel der Champagne - wobei es sich eigentlich um eine Wiederentdeckung handelt. Chardonnay Rose ist eine natürliche Mutation des Chardonnay, die bereits Anfang des 20. Jahrhunderts kultiviert wurde, allerdings in Vergessenheit geriet. Sie ähnelt dem Chardonnay in der Aromatik, fällt aber etwas fruchtiger aus und besitzt höhere Säurewerte - ein Vorteil in Zeiten des Klimawandels.
Zudem wird der Anbau von sogenannten PiWi-Rebsorten erprobt. Das sind pilzwiderstandsfähige Rebsorten, also gewollte Kreuzungen von Rebsorten mit erhöhter Resistenz gegenüber Schädlingen, um den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu verringern. In der Champagne wurde als erste solche Voltis im Jahr 2022 - zunächst begrenzt auf zehn Jahre - zum Anbau zugelassen. Es wird aber weiter mit dieser und anderer Rebsorten experimentiert, sodass die Zukunft der PiWis offen bleibt.