Las condiciones inhóspitas que obstaculizan el crecimiento y desarrollo de las plantas abarcan una variedad de estrés abiótico, como la sequía, temperaturas extremas (tanto bajas como altas), salinidad, exposición a metales pesados y radiación. El impacto acumulativo de estos estreses conduce a una reducción considerable de la productividad agrícola en todo el mundo. La generación de especies reactivas de oxígeno (ERO) es un mecanismo compartido de toxicidad inducido por todos estos estímulos abióticos en las plantas, lo que resulta en daño oxidativo e inestabilidad de la membrana. Investigaciones extensas han arrojado luz sobre el papel dual de la melatonina en las plantas, donde actúa tanto como regulador del crecimiento, fomentando el crecimiento y desarrollo, como un potente protector contra el estrés abiótico. El potencial inherente de la melatonina para funcionar como un antioxidante natural la posiciona como un bioestimulante prometedor para uso agrícola, fortaleciendo la capacidad de las plantas para resistir una amplia gama de desafíos ambientales. Más allá de sus propiedades antioxidantes, la melatonina ha demostrado su capacidad para regular la expresión de genes asociados con el proceso fotosintético. Esta característica adicional aumenta su atractivo como un agente químico versátil que puede aplicarse exógenamente a las plantas, particularmente en condiciones adversas, para mejorar su resistencia y optimizar la eficiencia fotosintética en cada fase del ciclo de vida de la planta. Este documento presenta un examen de los mecanismos moleculares subyacentes a los efectos protectores contra el estrés de la melatonina exógena sobre la maquinaria fotosintética de las plantas bajo varios estreses abióticos. Además, se discuten las perspectivas futuras para desarrollar cultivos tolerantes al estrés para una agricultura sostenible en entornos desafiantes.