El objetivo de este trabajo fue determinar la composición fenólica, la actividad antioxidante química y celular, la citotoxicidad en células humanas y la inhibición peroxidativa de la fracción desgrasada de las semillas de uva y mora. Se utilizó extracción Soxhlet (Sox) para extraer la grasa y obtener el material desgrasado. Se desarrolló un estudio de optimización estadística para maximizar la extracción de compuestos bioactivos y la actividad antioxidante de las semillas desgrasadas de uva y mora. Se aplicó una optimización simultánea con una combinación de 35.9 min de extracción y una relación sólido-solvente de 1 g de semilla de uva desgrasada a 61.28 mL de un disolvente extractor (60% de etanol) y 62.1 min de extracción y una relación sólido-solvente de 1 g de semilla de mora desgrasada a 64.1 mL de un disolvente extractor (60% de etanol). En el ensayo de viabilidad celular, las células cancerosas HepG2 parecieron más sensibles a los extractos de uva y mora, mientras que las células híbridas Ea.hy926 mostraron más resistencia a sus efectos. En general, los extractos presentaron baja/no citotoxicidad, exhibieron un efecto protector contra la producción de ROS inducida por HO y demostraron actividad antioxidante y un efecto protector sobre los eritrocitos cuando se sometieron a condiciones hipotónicas e isotónicas, sin presentar comportamiento hemolítico (5.0 a 10.0 g GAE/mL). Así, los resultados proporcionaron una amplia evaluación de la bioactividad de los extractos obtenidos mediante un proceso simple y de bajo costo desarrollado utilizando disolventes no tóxicos y con el potencial de ser utilizados en aplicaciones tecnológicas.