La valorización de la biomasa juega un papel significativo en la producción de biocombustibles y diversos productos bioquímicos de valor agregado, además de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. En términos de métodos de biorrefinación, las técnicas hidrotérmicas (HT) y biológicas han demostrado la capacidad de valorizar materias primas de biomasa para obtener productos finales de valor agregado. Un enfoque bioeconómico interdisciplinario es capaz de optimizar el potencial total de la biomasa en términos de perspectiva ambiental y punto de vista de la bioeconomía circular. El objetivo de esta revisión es proporcionar una visión general detallada de las técnicas combinatorias HT y biológicas para maximizar el valor de la biomasa, que incluye la valorización biológica tras el pretratamiento HT y la valorización HT de sustratos lignocelulósicos que emanan de la hidrólisis biocatalítica/digestión anaerobia y/o residuos alimentarios pretratados para obtener el rendimiento final de biogás/biocarbón y biocrudo. En este estudio, se discuten los avances recientes en cuanto a las condiciones de tratamiento HT y biológico, las sinergias entre las dos tecnologías y el rendimiento óptimo. Además, se comparan los balances energéticos y evaluaciones de viabilidad económica de soluciones integradas alternativas informadas en estudios previos. Además, concluimos discutiendo los desafíos y oportunidades involucrados en la integración de métodos HT y biológicos hacia la utilización completa de la biomasa.