4-Pentenoyl chloride ใช้หลักในการสังเคราะห์อินทรีย์ โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำคัญสำหรับการนำกลุ่ม 4-pentenoyl เข้าสู่สารประกอบต่างๆ มักใช้ในการผลิตยา สารเคมีเกษตร และสารเคมีพิเศษ ความสามารถในการทำปฏิกิริยากับนิวคลีโอไฟล์ทำให้มีคุณค่าในการสร้างเอสเทอร์ อะไมด์ และอนุพันธ์อื่นๆ นอกจากนี้ ยังใช้ในเคมีพอลิเมอร์สำหรับการปรับแต่งหรือเชื่อมขวางพอลิเมอร์ การประยุกต์ใช้ยังขยายไปสู่การวิจัยและพัฒนา ซึ่งช่วยในการศึกษาปฏิกิริยาเคมีและการสังเคราะห์โมเลกุลที่ซับซ้อน