El presente estudio caracterizó una colección genéticamente y fenotípicamente diversa de 27 accesiones de zanahorias moradas y dos no moradas (una naranja y una amarilla) en cuanto a la concentración de antocianinas, fenoles y carotenoides en la raíz, y la capacidad antioxidante estimada por cuatro métodos diferentes (ORAC, DPPH, ABTS, FRAP), en un diseño experimental parcialmente replicado que abarca datos de dos temporadas de cultivo (2018 y 2019). Se encontró una variación amplia y significativa (< 0.0001) entre las accesiones para todos los rasgos. Las antocianinas aciladas (AA) predominaban sobre las antocianinas no aciladas (NAA) en todas las accesiones y años analizados, con AA representando entre el 55.5% y el 100% del contenido total de antocianinas (TAC). Las antocianinas aciladas con ácido ferúlico y ácido cumárico fueron las antocianinas de zanahoria más abundantes. En general, las zanahorias negras o moradas sólidas tenían el mayor TAC y contenido total de fenoles (TPC), y las capacidades antioxidantes más fuertes, medidas por todos los métodos. La capacidad antioxidante, estimada por todos los métodos, se correlacionó de manera significativa, positiva y moderada a fuerte con el contenido de todos los pigmentos individuales de antocianinas, TAC y TPC, en ambos años (r = 0.59-0.90, < 0.0001), pero no con los pigmentos carotenoides luteína y beta-caroteno; sugiriendo que las antocianinas y otros fenoles, pero no los carotenoides, son los principales contribuyentes de la capacidad antioxidante en las zanahorias moradas. Identificamos accesiones con alta concentración de AA químicamente estables, con valor potencial para la producción de colorantes alimentarios, y accesiones con contenido relativamente alto de NAA bioavailable que pueden ser seleccionadas para aumentar su valor nutracéutico (por ejemplo, para consumo fresco).