二氧化铈是很好的催化剂，它可以除去汽车尾气中的氮氧化物和一氧化碳。

4

C

e

O

2

+

2

C

O

→

2

C

e

2

O

3

+

2

C

O

2

{\displaystyle \ 4CeO_{2}+2CO\to 2Ce_{2}O_{3}+2CO_{2}}

2

C

e

2

O

3

+

2

O

2

→

4

C

e

O

2

{\displaystyle \ 2Ce_{2}O_{3}+2O_{2}\to 4CeO_{2}}

二氧化铈也可用作有机化学中的强氧化剂、成环剂、成芳香化合物。

该反应产生的四氢咔唑经二氧化铈氧化过程可得到咔唑：

C₁₂H₁₃N + 4CeO₂ + 12HCl ══ C₁₂H₉N + 4CeCl₃ + 8H₂O

除此之外，二氧化铈也可用于环保型玻璃澄清剂，避免了毒元素砷的使用；二氧化铈也可以用作优质玻璃抛光粉。