五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，主要用于冶炼钒铁。用作合金添加剂，占五氧化二钒总消耗量的80%以上，其次是用作有机化工的催化剂，即触媒，约占总量的10%，另处用作无机化学品、化学试剂、搪瓷和磁性材料等约占总量的10%。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，五氧化二钒在2B类致癌物清单中。