El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de una dieta rica en fitomelatonina, que incluye subproductos de la industria alimentaria, sobre la calidad del esperma de carneros y la composición del plasma seminal. Se determinó el contenido de melatonina en varios subproductos antes y después de la digestión ruminal y abomasal in vitro mediante HPLC-ESI-MS/MS. Finalmente, se incluyó un 20% de una mezcla de pulpa de uva con orujos de granada y tomate en la dieta de los carneros, constituyendo la dieta rica en fitomelatonina. Alimentar a los carneros con esta dieta resultó en un aumento en los niveles de melatonina en el plasma seminal en comparación con el grupo de control (dieta comercial) en el tercer mes del estudio. Además, se observaron porcentajes superiores a los del grupo de control de espermatozoides viables morfológicamente normales con un bajo contenido de especies reactivas de oxígeno a partir del segundo mes. Sin embargo, el efecto antioxidante no parece ejercerse a través de la modulación de las enzimas antioxidantes, ya que el análisis de las actividades de catalasa, glutatión reductasa y glutatión peroxidasa en el plasma seminal no reveló diferencias significativas entre los dos grupos experimentales. En conclusión, este estudio revela, por primera vez, que una dieta rica en fitomelatonina puede mejorar las características seminales en carneros.