El Valle de la Muerte enfrenta a la biotecnología industrial con un desafío significativo para la comercialización de productos. Afortunadamente, con la integración de la computación, la automatización y la tecnología de inteligencia artificial (IA), la biotecnología industrial acelera para cruzar el Valle de la Muerte. La Cuarta Revolución Industrial (Industria 4.0) ha impulsado el desarrollo avanzado de la biomanufactura inteligente, que ha evolucionado las estructuras industriales en línea con la tendencia mundial. Para lograr esto, la biomanufactura inteligente puede estructurarse en tres partes principales que comprenden la digitalización, la modelización y la intelectualización, siendo la modelización un eslabón crucial entre los otros dos componentes. Este documento proporciona una visión general de los modelos mecanicistas, los modelos basados en datos y sus aplicaciones en el desarrollo de bioprocesos. Ofrecemos una detallada elaboración del modelo híbrido y sus aplicaciones en la ingeniería de bioprocesos, incluido el diseño de cepas, el control y la optimización de procesos, así como la ampliación de biorreactores. Finalmente, también se discuten los desafíos y oportunidades de la biomanufactura hacia la Industria 4.0.