La tendencia actual predominante en el diseño a través de sectores clave prioriza el eco-diseño, enfatizando las consideraciones de aspectos ambientales en el proceso de diseño. El presente trabajo tiene como objetivo dar un salto significativo al proponer un proceso de diseño donde la sostenibilidad sirva como la fuerza impulsora principal. En este contexto, la sostenibilidad se posiciona como un componente fundamental a integrar en las etapas iniciales del diseño, introduciendo criterios multidisciplinarios innovadores que redefinen el paradigma del diseño. Dentro de este marco, la sostenibilidad se caracteriza utilizando un índice integral y cuantificable que abarca dimensiones tecnológicas, ambientales, económicas y de economía circular. Para demostrar la aplicación práctica de la sostenibilidad como el criterio principal en el diseño de componentes mecánicos, se utiliza un modelo de elementos finitos parametrizado de una placa compuesta, integrando tanto fibras vírgenes como recicladas. Posteriormente, se emplea un demostrador derivado de la industria de la aviación, específicamente un refuerzo de sombrero, como plataforma de validación para la metodología propuesta, asegurando la alineación con los requisitos específicos del demostrador. Se implementan varios escenarios representativos de compensación para guiar la toma de decisiones de los ingenieros durante la fase de diseño conceptual. Además, se evalúa exhaustivamente la robustez de la metodología mencionada en relación con los cambios en la prioridad asignada a cada criterio de sostenibilidad y su sensibilidad a variaciones en los datos iniciales. La importancia de la metodología de diseño propuesta radica en su efectividad para abordar los complejos desafíos presentados por los objetivos de sostenibilidad en conflicto. Además, su adaptabilidad la posiciona para una posible aplicación en diversos sectores, ofreciendo un enfoque transformador a las prácticas de ingeniería sostenible.