En este trabajo se propone un modelo matemático mixto entero lineal para el diseño óptimo de una cadena de suministro para producir azúcar y etanol. La formulación considera varios períodos de producción-inventario-distribución y restricciones ambientales. El impacto ambiental es incorporado en este modelo mediante los principios del Análisis de Ciclo de Vida, derivando en un problema de programación matemática multi-objetivo. Mediante la resolución sucesiva de modelos, donde se optimiza el objetivo económico y se manejan las restricciones ambientales mediante el método “ε-constraint”, se obtienen diferentes soluciones del tipo Pareto. Este enfoque permite evaluar diferentes escenarios de integración y sirve como guía en la toma de decisiones al momento de diseñar una cadena de suministro sustentable.