La caña de azúcar es un cultivo de importancia global para la producción de azúcar y energía, y desarrollar variedades de caña de azúcar con alta eficiencia lumínica es crucial para mejorar el rendimiento y la calidad. Sin embargo, hay poca investigación disponible sobre la selección de germoplasma de caña de azúcar con alta eficiencia fotosintética, especialmente con diferentes posiciones de hojas. El presente estudio, realizado en Guangxi, China, tuvo como objetivo analizar las características fotosintéticas de 258 variedades de caña de azúcar en diferentes posiciones de hojas durante tres años consecutivos en experimentos de campo. Los resultados mostraron diferencias significativas en las características fotosintéticas entre genotipos, años y posiciones de hojas. Las estimaciones de heredabilidad para varios parámetros fotosintéticos variaron de 0.76 a 0.88. El análisis de componentes principales reveló que los primeros tres componentes principales representaron más del 99% de la varianza acumulada. El primer componente representó la eficiencia fotosintética y la utilización de luz, el segundo se centró en la transferencia de electrones y el estado del centro de reacción, y el tercero se asoció con el contenido de clorofila. El análisis de clúster y discriminante clasificó los genotipos de caña de azúcar en tres categorías: alta eficiencia fotosintética (HPE) con 86 genotipos, eficiencia fotosintética media (MPE) con 60 genotipos y baja eficiencia fotosintética (LPE) con 112 genotipos. Los ensayos a lo largo de varios años confirmaron que los genotipos de caña de azúcar HPE tenían un mayor peso de tallo único y contenido de sacarosa. Este estudio proporciona valiosos conocimientos sobre las características fisiológicas fotosintéticas de diferentes variedades de caña de azúcar, lo que puede contribuir a investigaciones futuras sobre altos rendimientos y mejoramiento de azúcar.