Las fuentes vegetales y los residuos agroindustriales representan una importante fuente de compuestos fenólicos que son útiles en una amplia gama de aplicaciones, especialmente aquellas con actividades biológicas. Las técnicas convencionales de extracción fitoquímica han estado asociadas con un alto consumo de disolventes orgánicos que limita la aplicación de extractos bioactivos, lo que ha llevado a la implementación de nuevas tecnologías de extracción utilizando mecanismos como la Extracción Asistida por Ultrasonido (EAU). En la presente revisión, se presenta un análisis de las variables involucradas en el rendimiento de extracción de compuestos fenólicos a través de EAU, destacando las ventajas de esta tecnología basadas en los resultados obtenidos en varios estudios optimizados. También se indica una comparación con otras tecnologías y una propuesta de su posible aplicación para residuos agroindustriales como materia prima de compuestos fenólicos. Finalmente, se concluye que la EAU es una tecnología que se sitúa dentro del área de la Química Sostenible ya que promueve el uso de materias primas renovables a través de la extracción de compuestos fenólicos, implementando la sustitución de disolventes orgánicos con disolventes que no presentan efectos tóxicos, reduciendo el consumo de energía en comparación con los métodos convencionales y minimizando los tiempos y temperaturas de proceso, lo que es útil para la extracción de compuestos termolábiles.