El interés en los cultivos oleaginosos para proyectos de investigación y desarrollo agroindustrial ha aumentado en la zona mediterránea en los últimos años. El cártamo (L.) es de interés potencial para la agricultura principalmente debido a la variabilidad del contenido de ácidos grasos en el aceite de semilla. El objetivo de este estudio fue evaluar el rendimiento agronómico de 16 nuevas accesiones de cártamo junto con la variedad de cártamo Montola 2000, utilizada como referencia, en un entorno semiárido. La investigación se llevó a cabo en Sicilia (Italia) de 2013 a 2014. El análisis jerárquico de conglomerados realizado sobre la composición de ácidos grasos de las accesiones de cártamo resultó en su división en cuatro grupos principales. Los ácidos linoleico, oleico y palmítico fueron los principales ácidos grasos presentes en las accesiones. El rendimiento de semilla fue de 1,11 t/ha en promedio y se encontró que el contenido de aceite de semilla era aproximadamente del 35,01% de materia seca en promedio. Se encontraron relaciones positivas y significativas entre el rendimiento de semilla/aceite y otros rasgos probados. El contenido de carbono, hidrógeno y nitrógeno como porcentaje de materia seca varió ampliamente tanto para las partes de la planta sobre como bajo el suelo en promedio. Este estudio confirma el interés del cártamo tanto para aplicaciones alimentarias como no alimentarias, ofreciendo perspectivas interesantes en regiones semiáridas.