La fertilización mineral convencional (FMC) es una práctica común en suelos tropicales infértiles cultivados con caña de azúcar, aumentando los costos de producción y las preocupaciones ambientales. Combinar FMC con lodo de depuradora compostado (LDC) podría ser una estrategia sostenible. Nuestro objetivo es evaluar los cambios en las propiedades químicas del suelo, las concentraciones de macronutrientes y micronutrientes en la superficie del suelo (Ap1; 0-25 cm) y en los horizontes subsuperficiales (Ap2; 25-50 cm), después de la aplicación de LDC con o sin FMC en el cultivo de caña de azúcar (primera y segunda cosecha de rebrote). Se probaron once tratamientos, caracterizados por tasas de aumento de LDC y mezclados con FMC en diferentes concentraciones, en la primera cosecha de rebrote; durante la segunda, se evaluó el efecto residual del LDC. La aplicación de LDC en suelos cultivados con caña de azúcar mejoró lo siguiente: (i) materia orgánica del suelo, pH, suma de bases, capacidad de intercambio catiónico y saturación de bases; (ii) concentraciones generales de nutrientes (P, K, Ca, Mg, B, Cu y Zn). Los tratamientos que mostraron mejor rendimiento fueron aquellos con 5.0 Mg ha-1 de LDC. El lodo de depuradora compostado tiene el potencial de ser utilizado como un fertilizante natural orgánico, reduciendo la necesidad de FMC. Cuando se aplica en suelos tropicales infértiles, se pueden lograr efectos positivos adicionales, como la disminución de los costos de producción y la provisión de beneficios socioeconómicos.