o-Xylen je důležitá aromatická uhlovodíková surovina široce používaná v chemickém průmyslu. Jeho nejvýznamnější aplikací je výroba anhydridu kyseliny ftalové prostřednictvím katalytické oxidace. Anhydrid kyseliny ftalové je klíčovým meziproduktem pro výrobu změkčovadel, alkydových pryskyřic a nenasycených polyesterových pryskyřic, které se z velké části přidávají do PVC plastů, nátěrů a výrobků vyztužených skelnými vlákny, aby se zlepšila flexibilita a trvanlivost.
Kromě toho lze o-xylen použít jako průmyslové rozpouštědlo s vysokým bodem varu. Rozpouští kaučuk, pryskyřice, oleje a mnoho organických látek, proto se často používá v tiskařských barvách, ředidlech barev, lepidlech a čisticích prostředcích.
Slouží také jako výchozí materiál pro syntézu různých čistých chemikálií, včetně barviv, pesticidů, farmaceutických meziproduktů a parfémových přísad. Kromě toho lze tuto sloučeninu přimíchat do benzínu pro zvýšení oktanového čísla paliva. Díky své široké spotřebě zaujímá o-xylen zásadní postavení v průmyslových řetězcích souvisejících s aromatickými látkami.