El objetivo de este estudio fue evaluar la eficacia de la fotobiomodulación en la regeneración ósea de defectos de tamaño crítico (CSD) rellenados con hueso bovino inorgánico asociado o no a membranas de colágeno. El estudio se llevó a cabo en 40 defectos críticos en la calvaria de ratas machos, divididas en cuatro grupos experimentales (n = 10): (1) DBBM (hueso mineral bovino desproteinizado); (2) GBR (DBBM+membrana de colágeno); (3) DBBM+P (DBBM+fotobiomodulación); y (4) GBR+P (GBR+fotobiomodulación). A los 30 días postoperatorios, los animales fueron eutanizados y, tras procesar el tejido, se realizaron análisis histológicos, histométricos y estadísticos. Los análisis tomaron en cuenta el área de hueso recién formado (NBA), la extensión ósea lineal (LBE) y el área de partículas residuales (RPA) como variables. Se realizó la prueba de Kruskal-Wallis, seguida de la prueba de Dwass-Steel-Critchlow-Fligner para la comparación entre grupos (p < 0.05). Al comparar el grupo DBBM+P con el grupo DBBM, fue posible observar diferencias estadísticas significativas en todas las variables analizadas (p < 0.05). La aplicación de fotobiomodulación en la regeneración ósea guiada (GBR+P) ha mostrado una disminución en el valor mediano para la variable RPA (26.8) en comparación con el grupo GBR (32.4), con una diferencia estadística significativa; sin embargo, para NBA y LBE, la terapia no ha proporcionado resultados significativos.