La creciente demanda de energía y materiales en la sociedad moderna impulsa la investigación científica a encontrar nuevas fuentes alternativas a las materias primas fósiles tradicionales. La explotación de la biomasa promete ser una de las alternativas viables con un menor impacto ambiental. Hacer que las tecnologías de explotación de biomasa sean aplicables a nivel industrial representa uno de los principales objetivos para nuestra sociedad. En este trabajo, se han examinado y reportado los estudios científicos más recientes sobre la mejora de las biomasas lignocelulósicas a través del uso de sistemas de solventes eutécticos profundos (DES). Los DES tienen un excelente potencial para la fraccionamiento de la biomasa lignocelulósica: la alta capacidad de enlace de hidrógeno y polaridad permiten que la lignina se deconstruya, facilitando la descomposición del complejo lignocelulósico, produciendo un cristal libre de celulosa capaz de ser explotado y valorizado. Los DES ofrecen alternativas válidas para utilizar el potencial de la lignina (produciendo aromáticos), la hemicelulosa (logrando furfural) y la celulosa (proporcionando sustratos degradables libremente a través de la transformación enzimática en glucosa). En esta revisión, se reportó el mecanismo de los DES en la fraccionamiento de la biomasa lignocelulósica y los principales usos posibles para la valorización de la lignina, la hemicelulosa y la celulosa, con una discusión crítica de las perspectivas y límites para la aplicación industrial.