La dorada (Sparus aurata) es una de las especies de peces mediterráneos de cultivo más importantes, y existe un considerable interés en el desarrollo de métodos adecuados para evaluar su frescura. En el presente trabajo, se empleó la metabolómica basada en cromatografía de gases-espectrometría de masas para monitorear los metabolitos hidrofílicos de la dorada durante su almacenamiento en hielo durante 19 días. Además, los cambios de calidad fueron evaluados utilizando dos métodos convencionales: la evaluación sensorial de acuerdo con el esquema de clasificación de la Unión Europea y el valor de -valor, el índice químico más ampliamente utilizado de la descomposición del pescado. Con la aplicación de la quimiometría, las muestras de pescado fueron clasificadas con éxito en las categorías de frescura, y se construyó un modelo de regresión de mínimos cuadrados parciales para predecir el -valor. Se encontró una lista de metabolitos diferenciales, que se distinguieron según su perfil de evolución como posibles biomarcadores de frescura y descomposición. Por lo tanto, los resultados respaldan la idoneidad de la metodología propuesta para obtener información sobre la calidad del marisco.