Las cerezas dulces (L.) son frutas muy apreciadas en todo el mundo debido a su sabor, color, valor nutricional y efectos beneficiosos para la salud. La caracterización del germoplasma autóctono permite identificar genotipos que poseen características superiores en comparación con cultivares estándar. En este trabajo, se investigaron cuatro accesiones de cereza dulce de la región de Campania (Limoncella, Mulegnana Riccia, Mulegnana Nera y Montenero) por sus rasgos morfo-fisiológicos, cualitativos, aromáticos y sensoriales en comparación con dos cultivares estándar (Ferrovia y Lapins). Se observó una alta variabilidad en los rasgos pomológicos entre las muestras. Montenero mostró un peso de fruta y acidez titulable comparables a Ferrovia y Lapins, respectivamente. El contenido más alto de sólidos solubles totales se detectó en Mulegnana Riccia. Se observó una variabilidad considerable en el color de la piel y la pulpa de las cerezas, variando de amarillo-rojo en Limoncella a un color rojo oscuro en Montenero. Mulegnana Nera mostró el mayor contenido de polifenoles, flavonoides, antocianinas y ácido ascórbico en comparación con los cultivares estándar. El análisis del perfil de compuestos orgánicos volátiles identificó 34 compuestos volátiles, 12 de los cuales se observaron en diferentes concentraciones en todos los genotipos de cereza dulce, mientras que los otros dependían del genotipo. La conservación y el cultivo de accesiones autóctonas con características nutricionales y morfo-fisiológicas adecuadas promueven nuestro conocimiento sobre la agrobiodiversidad y permiten planificar mejor los futuros programas de mejoramiento.