El sorgo dulce (Sorghum bicolor) es uno de los cultivos de cereales más importantes del mundo con semillas coloridas. Para estudiar la diversidad y la especificidad de cultivar de fitoquímicos en las semillas de sorgo dulce, se utilizó la metabolómica ampliamente dirigida para analizar los perfiles metabólicos de las semillas blancas, rojas y púrpuras de tres cultivares de sorgo dulce Z6, Z27 y HC4. Se identificaron 651 metabolitos que se dividieron en 24 categorías, incluyendo ácidos grasos, glicerolípidos, flavonoides, derivados del ácido benzoico, antocianinas y nucleótidos y sus derivados. Entre ellos, se seleccionaron 217 metabolitos como metabolitos significativamente diferenciales que podían relacionarse con el color de la semilla mediante análisis de agrupación, análisis de componentes principales (ACP) y corrección ortogonal de la señal y análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales (OPLS-DA). Se observó una diferencia significativa entre las muestras de semillas rojas y moradas, Z27 y HC4, en las que 106 estaban reguladas a la baja y 111 al alza. El resultado indicó que 240 metabolitos eran significativamente diferentes, lo que podría estar relacionado con el color púrpura con 58 metabolitos regulados a la baja y 182 metabolitos regulados al alza. Y 199 metabolitos podrían estar implicados en el fenotipo rojo con 54 regulados a la baja y 135 regulados al alza. Hubo 45 metabolitos que fueron comunes a los tres cultivares, mientras que la cianidina O-malonil-malonil hexósido, la cianidina O-acetilhexósido y la cianidina 3-O-glucosil-malonilglucósido fueron significativamente aumentados en las semillas rojas, lo que podría ser la base de la variedad de colores de las semillas. En general, nuestros resultados proporcionan una comparación exhaustiva de los metabolitos entre los tres fenotipos de S. bicolor y una interpretación de las diferencias fenotípicas desde el punto de vista de la metabolómica.