En este trabajo, se emplearon dos técnicas de extracción, la extracción convencional y la extracción asistida por ultrasonido (UAE), para la extracción de compuestos bioactivos naturales (NBCs) de las partes aéreas del cáñamo industrial (L. cv. Helena) en dos etapas de cosecha: (i) el inicio de la floración y (ii) la floración completa de las plantas de cáñamo. En la extracción convencional, se examinó el efecto de diferentes disolventes de extracción sobre el rendimiento de extracción y el contenido de NBCs. La temperatura de extracción, el tiempo de extracción y la potencia ultrasónica se eligieron como parámetros del proceso en la UAE. El valor más alto de las respuestas investigadas en los extractos obtenidos por UAE fue mayor en comparación con el extracto obtenido con técnicas de extracción convencional cuando se utilizó el mismo disolvente (etanol al 50%): rendimiento de extracción (17.54 en comparación con 15.28%), contenido de fenoles totales y flavonoides totales (1.7795 en comparación con 1.0476 mg GAE/mL y 0.6749 en comparación con 0.3564 mg CE/mL, respectivamente) y cannabidiol (0.8752 en comparación con 0.4310 mg/mL). Al comparar el material vegetal en diferentes etapas de desarrollo, se puede concluir que las partes aéreas del cáñamo en el inicio de la etapa de floración representan una buena fuente de compuestos fenólicos, siendo el ácido sinápico y la apigenina los dominantes, mientras que las partes aéreas del cáñamo en la etapa de floración completa representan una buena fuente de cannabinoides.