La bioenergía es una opción importante y viable para mitigar el calentamiento global y el cambio climático. Sin embargo, el cambio de uso de la tierra a gran escala para expandir los cultivos de bioenergía, como la caña de azúcar, plantea preocupaciones sobre los posibles efectos ambientales y socioeconómicos negativos. Tales efectos son específicos del contexto y, dependiendo del escenario de cambio de uso de la tierra y las prácticas de gestión, se pueden alcanzar varios co-beneficios. Revisamos la literatura y discutimos cómo el cambio de uso de la tierra y las mejores prácticas de gestión afectan los componentes clave de la sostenibilidad (por ejemplo, la salud del suelo, la captura de carbono (C) del suelo, las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), el ciclo de nutrientes, la calidad del agua, entre otros) de la producción de bioenergía derivada de la caña de azúcar en Brasil. La expansión de la caña de azúcar ha ocurrido predominantemente sobre áreas de pastoreo, aunque convertir tierras agrícolas también podría ser una opción ambientalmente viable. La transición de tierras de pastos de baja productividad a la agricultura de caña de azúcar parece ser un camino sostenible para aumentar la producción de bioenergía. Este escenario de cambio de uso de la tierra mejora la salud del suelo y la captura de C del suelo con el tiempo, aunque la compactación del suelo, la pérdida de biodiversidad y la erosión siguen siendo desafíos. Además, adoptar las mejores prácticas de gestión, como la labranza de conservación, la gestión sostenible de residuos de cultivos, la fertilización racional y el reciclaje de subproductos, ha sido fundamental para garantizar una producción de bioenergía sostenible. Las políticas públicas y los marcos legales y regulaciones bien diseñados, como el Código Forestal y las legislaciones RenovaBio en Brasil, son necesarios para hacer que la producción de bioenergía sea compatible con un uso racional de la tierra y su protección. Por último, nuestro análisis proporcionó información sobre la expansión de la caña de azúcar en una pequeña proporción (1%) de áreas de pastoreo en países de América Latina y el Caribe (ALC) y de África subsahariana (SSA), lo que podría resultar en un impacto sustancial en el suministro global de bioenergía. Concluimos que la bioenergía derivada de la caña de azúcar es una opción sostenible para abordar el cambio climático mientras se proporcionan otros servicios ecosistémicos clave y se promueve el desarrollo socioeconómico.