Este estudio investigó el contenido de carotenoides y la variación del color de los frutos en 306 accesiones de pimientos de diversas especies. Las accesiones de frutos rojos fueron predominantes (245 accesiones), seguidas por las naranjas (35) y las amarillas (20). Los perfiles de carotenoides variaron significativamente entre las accesiones, siendo la capsantina la que mostró la mayor concentración media (239.12 g/g), seguida de la beta-criptoxantina (63.70 g/g) y la zeaxantina (63.25 g/g). El contenido total de carotenoides osciló entre 7.09 y 2566.67 g/g, enfatizando la diversidad dentro del conjunto de datos. El análisis de correlación reveló relaciones complejas entre los carotenoides, con fuertes correlaciones positivas observadas entre los carotenoides totales y la capsantina (r = 0.94 ***), la beta-criptoxantina (r = 0.87 ***) y la zeaxantina (r = 0.84 ***). El análisis de componentes principales (PCA) identificó dos grupos distintos de carotenoides, que representan el 67.6% de la varianza total. Un estudio de asociación a nivel genómico (GWAS) identificó 91 polimorfismos de nucleótido único (SNPs) significativos asociados con el color del fruto (15 SNPs) y el contenido de carotenoides (76 SNPs). Estos SNPs se distribuyeron en todos los cromosomas, con diferentes números en cada uno. Entre los carotenoides individuales, el alfa-caroteno fue asociado con 28 SNPs, mientras que otros carotenoides mostraron diferentes números de SNPs asociados. Se identificaron genes candidatos que codifican diversas proteínas cerca de SNPs significativos, que podrían contribuir a la variación del color del fruto y la acumulación de carotenoides. Estos incluyeron proteínas que contienen repeticiones de pentatricopeptidos, intercambiadores de protones/calcio mitocondriales, ligasa de ubiquitina E3 SINAT2, N-metiltransferasa de histona-lisina, sintasa de sacarosa y varias enzimas involucradas en procesos metabólicos. Siete SNPs exhibieron efectos pleiotrópicos sobre múltiples carotenoides, particularmente la beta-criptoxantina y la capsantina. Los hallazgos de este estudio proporcionan información sobre la arquitectura genética de la biosíntesis de carotenoides y el color del fruto en los pimientos, ofreciendo recursos valiosos para programas de cría dirigidos a mejorar los atributos nutricionales y sensoriales de las variedades de pimientos.