Las aguas residuales de los molinos de aceite de oliva (OMW) son un efluente rico en fenoles con una alta carga orgánica, lo que plantea importantes desafíos ambientales para su eliminación en los países mediterráneos. Este estudio evaluó el potencial de bioremediación y valorización de OMW mediante once cepas de hongos comestibles y/o medicinales. En primer lugar, la evaluación del crecimiento micelial en medios de agar con glucosa comercial y OMW (concentraciones de 0 a 50%) reveló una tolerancia específica a la toxicidad fenólica según la cepa. Aunque todas las cepas probadas pudieron crecer en medios a base de OMW, algunas presentaron las tasas de crecimiento micelial más altas, superando los 10 mm/día en niveles elevados de OMW (50%). Basándose en los resultados de la evaluación, se seleccionaron siete cepas para una evaluación adicional en fermentaciones líquidas estáticas en medios con 15 y 35% de OMW. Se evaluaron la cinética de crecimiento, el consumo de sustrato, la eliminación de fenoles, la capacidad de decoloración, el contenido de polisacáridos intracelulares (IPS) y el contenido total de lípidos. Algunas cepas exhibieron la mayor tolerancia a los compuestos fenólicos, produciendo biomasa que superó los 15 g/L a 35% de OMW. La producción máxima de IPS alcanzó hasta el 46.23%, mientras que el contenido de lípidos superó el 15% de la biomasa seca, indicando un comportamiento similar al de microorganismos oleaginosos. La eliminación de fenoles superó el 80% en la mayoría de los casos, demostrando una degradación enzimática eficiente. La eficiencia de decoloración varió entre cepas, pero se mantuvo por encima del 70% para algunas. Estos hallazgos destacan el potencial de los hongos comestibles y/o medicinales para desintoxicar simultáneamente OMW y producir biomasa y metabolitos de alto valor, apoyando una gestión de residuos agroindustriales sostenible y de bajo costo, alineada con los principios de la bioeconomía circular.