Ti-6Al-4V es una aleación a base de titanio que se utiliza ampliamente en una variedad de aplicaciones, especialmente en industrias como la biomédica y la aeroespacial. Se han introducido varias técnicas de lubricación y refrigeración para mejorar la maquinabilidad de estos materiales. Entre ellas, las estrategias ecológicas están ganando importancia, con tendencias de sostenibilidad en aumento en la fabricación. La presente investigación investiga el efecto de dos técnicas de lubricación y refrigeración ecológicas (lubricación en mínima cantidad y refrigeración criogénica), junto con otros parámetros de corte (velocidad de corte y avance por diente), sobre la rugosidad superficial y la microdureza de las superficies mecanizadas, que se identifican como uno de los indicadores de integridad superficial más frecuentemente implementados en el fresado con herramienta de bola de la aleación Ti-6Al-4V. Además, se analizó el consumo total de energía eléctrica de las máquinas herramienta bajo diferentes condiciones de refrigeración/lubricación. Los resultados obtenidos mostraron que la refrigeración criogénica mejoró el rendimiento del fresado en comparación con la lubricación en mínima cantidad. Además, se introdujo un modelo de optimización de parámetros multiobjetivo que integra las respuestas de mecanizado (rugosidad superficial, microdureza, consumo de energía y productividad) y métricas de sostenibilidad (impacto ambiental, salud y seguridad del operador, y gestión de residuos). Se encontró que la refrigeración criogénica superó al método de lubricación en mínima cantidad en términos de rendimiento de mecanizado e impacto ambiental. Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) para evaluar la significancia de cada parámetro del proceso en el índice de rendimiento múltiple. Los resultados indican que el avance por diente, el método de refrigeración y la velocidad de corte fueron significativos, con contribuciones respectivas del 39.4%, 36.8% y 22.9%. Finalmente, se verificó la configuración óptima de parámetros a través de una prueba de confirmación y los resultados revelan que se observó una mejora en las respuestas de mecanizado y en el índice de rendimiento múltiple.