El objetivo de este estudio fue presentar un análisis exhaustivo de las variedades de miel de diferentes orígenes botánicos, centrándose en la composición de sus compuestos fenólicos, perfiles volátiles y actividad antioxidante. Simultáneamente, identificamos y cuantificamos 37 compuestos bioactivos, incluidos antocianinas, flavonoles, flavonas, flavan-3-oles, proantocianidinas y ácidos fenólicos, en varias muestras de miel mediante HPLC-MS/MS. El contenido total de fenoles (TPC), el contenido total de flavonoides (TFC) y la actividad antioxidante (AOA) se determinaron utilizando análisis espectrofotométrico UV-Vis. El contenido de compuestos fenólicos cuantificados por HPLC-MS/MS osciló entre 19.56 y 243.94 mg·kg, destacando una alta presencia de estos compuestos antioxidantes (principalmente ácidos fenólicos), confirmado también por la correlación positiva entre TPC y los valores de DPPH. Entre los compuestos volátiles, analizados por HS-SPME-GC-MS, el acetaldehído de benceno y el furfural resultaron específicos para dos tipos de muestras de miel (H-7 y H-9), destacando la posibilidad de buscar marcadores químicos para caracterizar mieles de diferentes especies/orígenes. Este estudio mejora nuestra comprensión del potencial bioactivo de la miel de diferentes orígenes botánicos y proporciona una base para futuras investigaciones sobre sus beneficios para la salud.