Se utiliza principalmente como un producto químico intermedio en la producción de una amplia variedad de compuestos, tales como aminoácidos, analgésicos, antibióticos, agentes antimaláricos, fenazona y aminofenazona, y vitamina B1; así como la fabricación de colorantes, tintes, tintas, lacas, perfumes, plásticos, y pigmentos.

Solo, sin ser usado como intermedio, se utiliza como saborizante para alimentos.

Se utiliza a menudo en la síntesis del éster acetoacético, reacción similar a la del malonato de dietilo en la síntesis malónica o la condensación de Knoevenagel.

Los protones alfa a los grupos carbonilo son ácidos, y el carbanión resultante puede someterse a una sustitución nucleófila.

[4]​ El acetoacetato de etilo está sujeto a la tautomería ceto-enólica: Similar al comportamiento de la acetilacetona, el enolato del acetoacetato de etilo también puede servir como un ligando bidentado.