Se espera que la población global proyectada alcance los 9.7 mil millones para 2050, lo que requiere un aumento significativo en la producción de alimentos. La desnutrición sigue siendo un desafío de salud global que contribuye a más de 3.5 millones de muertes anuales y representa el 45% de todas las mortalidades infantiles. Las microalgas, incluidas las cianobacterias, son una solución prometedora debido a su rica composición de compuestos bioactivos como ácidos grasos poliinsaturados, carotenoides, proteínas, vitaminas y minerales. Estas biomoléculas proporcionan diversos beneficios para la salud, incluyendo propiedades antioxidantes, antidiabéticas, anticancerígenas, antiinflamatorias y cardioprotectoras, lo que convierte a la biomasa microalgal en un ingrediente valioso en formulaciones de alimentos funcionales. Sin embargo, la adopción a gran escala de microalgas para la producción de alimentos enfrenta varios desafíos, incluidas variaciones específicas de especies en la composición bioquímica, inconsistencias en el rendimiento de biomasa, alteraciones estructurales durante la extracción y purificación, problemas sensoriales e ineficiencias en los bioprocesos. Además, los desafíos regulatorios y las preocupaciones sobre la biodisponibilidad y la seguridad continúan limitando su aceptación generalizada. A pesar de estas limitaciones, los bioactivos microalgales tienen un potencial significativo para el desarrollo de nutracéuticos y alimentos funcionales de próxima generación. Esta revisión examina los compuestos bioactivos encontrados en microalgas, detallando sus actividades biológicas y aplicaciones funcionales en la industria alimentaria. Además, explora los principales desafíos que impiden su integración en productos alimenticios y propone estrategias para superar estos desafíos, facilitando en última instancia la comercialización de microalgas como una fuente de alimento sostenible y promotora de la salud.