La gestión y reconstrucción de defectos óseos segmentarios de tamaño crítico siguen siendo un gran desafío clínico para los clínicos y cirujanos ortopédicos. En particular, los enfoques de medicina regenerativa que implican la incorporación de células madre dentro de andamios de ingeniería de tejidos tienen una gran promesa para el manejo de fracturas. Esta revisión narrativa se centra en los componentes principales de la ingeniería de tejidos óseos: células madre, andamios, el microentorno y la vascularización, abordando los avances actuales y los desafíos de traducción y regulación en el panorama actual de la terapia con células madre para defectos óseos de tamaño crítico. Para explorar de manera integral esta área de investigación y ofrecer perspectivas para futuras opciones de tratamiento en cirugía ortopédica, hemos examinado los últimos desarrollos y avances en la ingeniería de tejidos óseos, centrándonos en aquellos de relevancia clínica en los últimos años. Finalmente, presentamos una perspectiva de futuro sobre el uso de células madre en la ingeniería de tejidos óseos para defectos óseos segmentarios de tamaño crítico.