A csapat mindig kék mezt viselt, habár kezdetben a jelenleginél világosabb árnyalatúbbat, és a maival ellentétben fehér nadrágot és sötétkék zoknit. A világoskék színt a klub akkori elnökének, Earl Cadogan-nak a lovaglóruhájáról vették át. A világoskék mez nem volt hosszú életű, 1912 körül felváltotta a királykék változat. Mikor Tommy Docherty az 1960-as évek elején menedzser lett, ismét megváltoztatta a mezt: a nadrágot kékre, a sportszárt fehérre cserélte. Szerinte ezek a színek egyedülkállóvá tették a csapatot, mivel egy nagy klub sem használta ezt a színösszeállítást. Ezt a felszerelést először az 1964–65-ös szezonban viselték.

A Chelsea hagyományos idegenbeli színei a sárga és a fehér kék szegéllyel, de mint a legtöbb csapatnál, náluk is voltak kivételek. Az első idegenbeli mez fekete-fehér csíkos volt, de egy mérkőzésen, az 1966-os FA-kupa elődöntőn az olasz Internazionale csapatához hasonlóan kék-fekete csíkos mezt viseltek. A hatvanas években, állítólag a magyar futball előtt tisztelegve, piros felsőben, fehér nadrágban, és zöld sportszárban is játszottak.[forrás?] Voltak azonban mentazöld (az 1980-as években), piros-fehér kockás (az 1990-es évek elején), valamint szürke-narancssárga (az 1990-es évek közepén) idegenbeli mezek is. A 2007–08-as szezonban neonzöld, fekete csíkokkal ellátott idegenbeli mezt használtak. Az Adidas három csíkja fekete, ami végigfut a mez ujján. A nadrág fekete, ugyanúgy, mint a sportszár, viszont néhány mérkőzésen ezek is neonzöld színűek. A csapat címerének háttere ezen a mezen neonzöld, az oroszlán és a kerete pedig fekete a hagyományos kék, fehér, piros és arany színek helyett. A 2006–07-es szezonban harmadik mezt is készíttettek, ami teljesen fehér, kék és fekete szegéllyel.

A Chelsea mezeit 2006-tól az Adidas készíti, a korábbi mezgyártójuk az Umbro volt. Az első mezszponzoruk a Gulf Air volt az 1983–84-es szezonban, majd a Grange Farms, a Bai Lin majd az olasz Simod volt a szponzor, mielőtt a számítógépgyártó Commodore International-lel írtak alá hosszútávú szerződést 1989-ben. A Commodore után 1995–1997-ig a Coors, 1997–2001-ig az Autoglass, és 2001–2005-ig az Emirates Airline szponzorálta a Chelsea-t. A jelenlegi mezszponzor a Samsung Mobile.