در بیوتکنولوژی صنعتی از روش های بیوتکنولوژی برای تولید ترکیبات شیمیایی، مواد و انرژی استفاده می شود، که به معنی تولید محصولاتی است که در زندگی روزمره مردم بسیار تاثیرگذار است مانند سلامت، انرژی، مواد شیمیایی و مواد غذایی. در بیوتکنولوژی صنعتی برای کمک به توسعه یک اقتصاد مبتنی بر بیولوژی با استفاده از ابزار های های مختلف زیست شناسی صنعتی تلاش می شود. حتی به یک آینده ی پایدار در زمینه توسعه فناوری های هوشمند آب و هوایی می توان رسید.
تعداد زیادی از محصولات مهم سنتی و نوین یا در فرایندهای صنعت بیوتکنولوژی تولید می شوند و یا در آینده تولید خواهد شد. رشد قابل ملاحظه ای از محصولات مبتنی بر بیولوژی بخصوص در زمینه محصولات شیمیایی پیش بینی شده است، زیرا تولید بر پایه فناوری های زیستی امکان حرکت به دور از استفاده از نفت را فراهم می کند. عامل اصلی در این توسعه، دسترسی به مواد خام و پایدار است. در این دیدگاه، سلول های زنده به طور فزاینده ای توجه دانشمندان را به خود جلب می کند.
ادغام فرآیندهای مختلف مبتنی بر بیولوژی، جنبه مهمی از توسعه به سمت اقتصاد زیستی است. این ادغام توسط پالایشگاه های زیستی انجام خواهد شد، با هدف بهینه سازی تبدیل مواد خام به مواد شیمیایی، سوخت و ترکیبات دیگر . به این ترتیب با به حداقل رساندن تولید ضایعات، اطمینان از فرآیندهای کارآمداز نظر مواد و انرژی به وجود خواهد آمد.
برای توسعه کارخانه های سلولی برای برنامه های کاربردی بیوتکنولوژی صنعتی، درک کلی از اثر متقابل بین فرآیند و میکروارگانیسم اهمیت زیادی دارد. امروزه فرصت های ارائه شده توسط بیولوژی سیستمی به طور عمده به درک بهتر پیچیدگی سلول کمک می کند، و راه حل هایی را برای بهبود فرایندهای تولید ارائه می دهد. با به دست آوردن درک کلی از فرایند بیوتکنولوژی و ارتباط بین مراحل مختلف فرآیند، به تعریف خواص سلولی مناسب با استفاده از روش های زیست شناسی سیستمی بدست آمده و می توان میکروارگانیسم ها را اصلاح و بهینه نمود. بر اساس درک حاصل از بیولوژی سیستمی از ساختار و قوانین متابولیسم، تغییرات تعریف شده برای رسیدن به اهدافی مانند بهبود عملکرد و بهره وری در یک فرآیند ممکن است تنها با تغییرات وسیع در متابولیسم سلولی حاصل شود،. یکی از اهداف بیوتکنولوزی صنعتی بر استفاده از کارخانه های سلولی برای تولید مواد شیمیایی عمده مانند اتانول و ترکیبات بیوشیمیایی و مولکول های پیچیده تر مانند مولکول های زیست فعال با ارزش افزوده بالا با استفاده از میکروارگانیسم های قوی و کارآمد، متمرکز شده است.
بخش مهمی از بیوتکنولوزی صنعتی کشف، توسعه و طراحی آنزیم ها برای رفع نیازهای فرایندهای صنعتی است انجام شود.آنزیم هایی که به طور موثر بر مواد دیوار سلولی گیاهان عمل می کنند، برای کاربردهای زیست پالایی مهم هستند. از این آنزیم ها برای پالایش آنزیمی مواد دیوار سلولی استفاده می شود که شامل هیدرولیز کامل سلولز و همی سلولز، و کمک به فرایند های تجزیه پلیمرهای چوب است.
تنها منابع قابل تجدید از کربن، ارگانیسمهای فتوسنتز کنندههستند؛ گیاهان و همچنین جلبک ها. به عنوان مثال زیست توده جلبک دارای پتانسیل فرآوانی برای استفاده به عنوان مواد خام است، یکی دیگر از جنبه های بیوتکنولوژی صنعتی اختصاص داده شده به توسعه تکنولوژی کشت سویه ها برای تولید کارآمد زیست توده جلبک و همچنین تکنیک های برای بازیابی محصولات مناسب از جلبک هاست.