La caña de azúcar (spp. híbrido) es la principal fuente de azúcar y biocombustible a nivel mundial y es prominente entre los cultivos comerciales. El principal producto requerido en la caña de azúcar es la sacarosa, y se han realizado numerosos estudios para comprender los fenómenos de la síntesis, metabolismo y acumulación de sacarosa en la caña de azúcar. Sin embargo, ninguno de los estudios concluyó que un solo gen sea responsable del contenido de sacarosa. En su lugar, un mecanismo complejo que consiste en varios genes, como los genes de la sintasa de fosfato de sacarosa (, , , ), genes de la sintasa de sacarosa (, , ), genes de invertasa (, , , ), y fitohormonas, trehalosa, factores de transcripción (TF), quinasa de proteínas y genes de transportadores de azúcar están trabajando espaciotemporalmente en la caña de azúcar. Actualmente, enfoques ómicos como la transcriptómica, proteómica y metabolómica también se están utilizando para explorar el metabolismo del azúcar en la caña de azúcar, pero se han informado menos estudios integrados de transcriptómica, proteómica y metabolómica. Los resultados obtenidos del análisis integrado de transcriptómica, proteómica y metabolómica son más confiables porque la fuerte expresión génica, recibida en forma de ARNm abundante, no garantiza la existencia abundante de proteínas asociadas o su actividad particular en las células o tejidos objetivo, lo que revela la limitación de una sola interpretación y destaca la importancia del análisis integrado de transcriptómica, proteómica y metabolómica. Esta revisión destaca diferentes genes y moléculas que contribuyen al metabolismo del azúcar en diferentes etapas y la importancia de los enfoques ómicos para explicar el metabolismo de la sacarosa, especialmente la acumulación de sacarosa en la caña de azúcar. También es una fuente vital de conocimiento para los criadores de caña de azúcar, especialmente asociados con la mejora del contenido de sacarosa y la producción de bioetanol.