La necesidad urgente de abordar los problemas ambientales asociados con el uso de combustibles fósiles convencionales ha impulsado la rápida evolución del panorama energético global. Esta revisión explora el contexto y la importancia de la producción de biocombustibles de tercera generación, enfatizando el cambio hacia alternativas sostenibles en medio del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero. Si bien diversas fuentes de energía renovable han ganado prominencia, los biocombustibles han surgido como una solución prometedora para los sectores del transporte e industrial, particularmente a partir de biomasa de microalgas. La razón para centrarse en la biomasa de microalgas se basa en sus ventajas técnicas y ambientales. A diferencia de las materias primas tradicionales, las microalgas cuentan con un alto contenido de lípidos, lo que mejora la eficiencia de producción de biocombustibles. Sus rápidas tasas de crecimiento y su eficiente secuestro de dióxido de carbono hacen de las microalgas líderes en la producción de biocombustibles escalables y sostenibles. Esta revisión tiene como objetivo analizar de manera integral los recientes avances en la producción de biocombustibles de tercera generación a partir de biomasa de microalgas, llenando vacíos en la literatura existente. Los temas tratados incluyen la diversidad de especies, técnicas de cultivo, cosecha, pretratamiento, métodos de extracción de lípidos y vías de producción de biocombustibles. Se explorarán la ingeniería genética, el procesamiento posterior, las prácticas energéticamente eficientes y las tendencias emergentes, como la inteligencia artificial y la colaboración interdisciplinaria. Este estudio tiene como objetivo consolidar los hallazgos de investigaciones recientes, identificar desafíos y oportunidades, y guiar las direcciones futuras en la producción de biocombustibles a base de biomasa de microalgas. Al sintetizar investigaciones no publicadas, esta revisión busca avanzar nuestro conocimiento y proporcionar información para que los investigadores fomenten una producción sostenible y eficiente de biocombustibles de tercera generación.