El consumo de setas ha aumentado considerablemente en los últimos años debido a sus beneficiosas propiedades nutricionales gracias a sus aminoácidos esenciales, proteínas y contenido de fibra dietética. Investigaciones recientes han demostrado que también son ricas en polisacáridos y compuestos fenólicos. Estos compuestos muestran un poder decisivo de eliminación de radicales libres y ROS con potencial aplicación en el tratamiento de trastornos neurodegenerativos. Además, presentan propiedades importantes como antioxidantes, antienvejecimiento y modulación inmunológica. En la presente investigación, se ha llevado a cabo la optimización para la extracción de compuestos fenólicos totales y la actividad antioxidante (DPPH y ABTS), basada en técnicas asistidas por ultrasonido. Han sido seleccionadas cinco variables (% de MeOH en el solvente, temperatura de extracción, amplitud, ciclo y proporción de muestra:solvente; tanto el contenido de compuestos fenólicos totales como la actividad antioxidante (DPPH y ABTS)) han sido considerados como variables de respuesta. Las condiciones óptimas, determinadas mediante un método de optimización de múltiples respuestas, se establecieron en 0.2 g de muestra extraída con 15.3 mL de solvente (93.6% de MeOH) a 60 grados Celsius durante 5 minutos y utilizando una amplitud del 16.86% y ciclos de 0.71 s. Se ha realizado un estudio de precisión del método optimizado con desviaciones inferiores al 5%, lo que demuestra la repetibilidad y precisión del método de extracción. Finalmente, el método de extracción se ha aplicado a setas silvestres y comerciales de Andalucía y el norte de Marruecos, lo que ha confirmado su idoneidad para la extracción de los compuestos fenólicos de las muestras de setas, garantizando al mismo tiempo una actividad antioxidante máxima.