Las biorrefinerías son actores estratégicos en aspectos económicos, sociales y ambientales, que deben considerar las políticas de transición energética y los objetivos de una economía circular y sostenible. A pesar de su potencial para reducir gases de efecto invernadero, el impacto de la tecnología bioenergética en biorrefinerías vinculadas a la caña de azúcar debe evaluarse y abordarse para asegurar su crecimiento sostenible en el medio ambiente, la biodiversidad, los recursos hídricos y el uso de la tierra. Desde el punto de vista de captura de CO2, Colombia ha venido avanzando en las políticas para la implementación de la tecnología de captura, uso, y almacenamiento de carbono. El aprovechamiento de biogás a partir de la biomasa residual abre un abanico de oportunidades y desafíos para el país. Esta revisión contribuye a la implementación de tecnologías de bioenergía con captura de CO2 en biorrefinerías asociadas a la caña de azúcar y que podría ser útil para guiar a los profesionales en la toma de decisiones y las investigaciones futuras sobre biorrefinerías sostenibles.