El trigo es un alimento básico en muchas áreas del mundo. En el siglo XX, los criadores y científicos pudieron aumentar considerablemente el rendimiento del trigo. Sin embargo, un estancamiento en el rendimiento se ha convertido en una preocupación y está amenazando la seguridad alimentaria. Las inversiones en tecnologías de vanguardia, incluyendo la genómica y las mediciones de fenología de precisión, pueden proporcionar herramientas valiosas para impulsar la mejora de cultivos. Los objetivos de este estudio fueron (i) investigar la diversidad genética en un conjunto de líneas de trigo de invierno, (ii) caracterizar su respuesta fenológica bajo diferentes condiciones de vernalización y fotoperiodo, y (iii) identificar marcadores efectivos asociados con los rasgos fenológicos. Un total de 249 genotipos adaptados de diferente origen geográfico fueron genotipados utilizando el Axiom Wheat Breeder"s Array de 35K. Se utilizaron un total de 11,476 SNPs para el análisis genético. El conjunto mostró un contenido promedio de información de polimorfismo de 0.37 y una diversidad genética de 0.43. Un análisis de estructura poblacional reveló tres subpoblaciones distintas principalmente relacionadas con su origen geográfico (Europa, América del Norte y Asia Occidental). Las líneas de origen CGIAR mostraron la mayor diversidad y la menor distancia genética a todas las demás subpoblaciones. La fenología del conjunto se estudió bajo condiciones controladas utilizando cuatro combinaciones de fotoperiodo largo (19 h de luz) y corto (13 h de luz) y vernalización larga (49 días a 5 grados C) y sin vernalización. Con esto, se calcularon rasgos fenológicos como la precocidad por sí misma (Eps), la respuesta relativa a la vernalización (RRV) y la respuesta relativa al fotoperiodo (RRP). La variación fenotípica de los días de grado de crecimiento fue significativa en todas las combinaciones de fenología. RRV varió de 0 a 0.56, mientras que RRP fue mayor con un promedio general de 0.25. El análisis GWAS detectó 30 asociaciones marcador-rasgo vinculadas a cinco rasgos fenológicos. El marcador significativo más alto se detectó en el cromosoma 2D con un valor de -log10() = 11.69. Solo cuatro loci conocidos por regular la floración superaron el umbral de corrección de Bonferroni de -log10() > 5.1. Estos resultados delinean una base sólida para abordar la seguridad alimentaria global y ofrecen enormes oportunidades para avanzar en las estrategias de mejora de cultivos.