El achiote, obtenido de las semillas de achiote (L.), es un pigmento naranja ampliamente utilizado, rico en bixin y otros apocarotenoides. Este trabajo informa sobre la optimización de un método de extracción verde de pigmentos y compuestos antioxidantes del achiote, así como su integración en un proceso de formulación cosmética de extracción verde en un solo paso. Se utilizó un sistema de disolventes bifásico de agua y aceite para recuperar simultáneamente polifenoles polares y compuestos menos polares, como el -tocotrienol y la bixin. Se presenta la optimización de la extracción asistida por ultrasonido, así como una comparación de diferentes aceites vegetales utilizados como disolventes de extracción. Se estudiaron la composición, propiedades fisicoquímicas y actividad antioxidante de los aceites y se comparó su rendimiento de extracción. El aceite de girasol refinado demostró ser un mejor disolvente que el aceite de oliva virgen, jojoba, coco y semillas de uva. Ambas fases, acuosa y oleosa, mostraron una interesante capacidad antioxidante. La fase oleosa contenía un 0.9% de bixin, así como apocarotenoides menores y -tocotrienol. Se identificaron doce compuestos, principalmente fenólicos, mediante UHPLC-DAD-HRMS/MS en la fase acuosa. Veintiún compuestos volátiles fueron identificados en la fracción volátil mediante SPME-GC-MS. Por último, se propone un proceso verde en un solo paso para combinar la extracción y la formulación cosmética de los compuestos bioactivos.