Los plásticos de origen biológico, principalmente los polihidroxialcanoatos (PHA), ofrecen una alternativa esperanzadora a los plásticos derivados del petróleo. La biomasa de tercera generación (3G; microalgas/cianobacterias) ha adquirido una importancia significativa debido a su rápida productividad y versatilidad metabólica. Las microalgas pueden producir PHA utilizando CO2 y aguas residuales, lo que las convierte en sistemas muy prometedores y respetuosos con el medio ambiente para la producción de bioplásticos. Esta revisión exhaustiva presenta una visión completa de la producción de PHA a partir de microalgas, desde la optimización de las condiciones fisicoquímicas y de cultivo hasta los procesos eficaces de purificación del PHA. La revisión crítica también examina los últimos avances en estrategias de cultivo, ingeniería metabólica y desarrollos de biorreactores, que pueden conducir a una acumulación de bioplásticos a base de microalgas más sostenible y progresiva. Se ha abordado la eficacia de la generación de biomasa de algas para la acumulación de PHA mediante el tratamiento integrado de aguas residuales. Esta revisión examina el papel de la modelización matemática y la inteligencia artificial emergente en el avance de los procesos de producción de PHA a partir de algas. Por último, la revisión concluye con un debate sobre los retos económicos y sociales, el análisis del ciclo de vida y las perspectivas de investigación y desarrollo de la producción avanzada de bioplásticos derivados de microalgas, así como las predicciones de posibles soluciones para una producción de PHA a partir de microalgas económicamente viable y sostenible a escala industrial.