定置型の内燃力発電やポンプなどの原動機、舶用動力、トラックやバスといった大型の自動車や戦車のような軍用車両、建設機械・農業機械などの大型特殊自動車、ディーゼル機関車や気動車などの鉄道車両に使用される。発電、ポンプなどはディーゼルエンジンが主流であるが、LPGや天然ガスなど気体燃料を用いた電気点火式ガスエンジンや、ガスタービンエンジンの場合がある。
船舶.
大出力を生み出す大型舶用エンジンと、そこから派生した定置発電用エンジンは、ディーゼル機関の独擅場と言える用途である。これらの分野は他用途では常に制約・問題となる機関本体および補機の重量・容積をある程度度外視でき、ディーゼル機関の持つ大型化に適した性質に合致した結果と言える。一方、軍艦においては、水上戦闘艦ではガスタービンエンジンと組み合わせての巡航用エンジンとして用いられることが多いほか、潜水艦ではディーゼル・エレクトリック方式での推進器の駆動および発電機の原動機としての二次電池の充電にも用いられる。
歴史.
自動車.
世界中で大型の自動車（トラックおよびバス、特装車・特種車）や建設機械に用いられている。さらに日本においては税制によりディーゼル燃料である軽油がガソリンよりも安価なため経済性を優先する商用車はディーゼル比率が高い。
装軌車両においては、単なる過給機との組み合わせでなく、タービン機関との複合機関（ターボコンパウンド機関）とされる例（ルクレール）がある。
オートバイ.
航空機.
このように多くのメーカーがエンジン開発を試みたが、ディーゼルエンジンは耐久性と燃費は良好だがスロットルの反応が鈍い、酷い排煙と振動などの理由により、主流とはなり得なかった。
杭打機.
大型構造物や建築物の基礎杭を打設する杭打ち機の一つとしてディーゼルハンマがあった。自らの振動と自重で鋼管杭やコンクリート杭を打ち込むもの（打撃工法）で、機械の移動が容易で効率も良いメリットがあったが、騒音や排気ガスの問題から日本国内では使用されなくなった。
環境への影響と対策.
ガソリンエンジンより熱効率の高いディーゼルエンジンは、CO2の発生量では環境への負荷が少なくて済む。しかしPMやNOxの発生量はガソリンエンジンより大量で問題を含んでいる。