Diante da necessidade de elaborar estratégias capazes de mitigar os riscos e ameaças das atividades humanas à natureza, discute-se sobre a possibilidade de utilizar instrumentos econômicos capazes de promover práticas agrícolas sustentáveis. Nesse contexto, o Pagamento por Serviços Ambientais (PSA), é apresentado como um mecanismo de gestão dos ecossistemas que usa incentivos de mercado para promover atividades de proteção ambiental. Pensando exclusivamente no setor sucroenergético e sobre a possibilidade de substituição dos combustíveis fósseis por matrizes energéticas sustentáveis, menciona-se a respeito dos aspectos negativos provenientes da produção de cana-de-açúcar e dos impactos que são gerados aos sistemas ecológicos. Por conseguinte, avaliando as alternativas propostas pelo PSA, questionou-se quais os desafios e perspectivas da utilização do PSA como instrumento econômico estratégico para o desenvolvimento de práticas sustentáveis de produção. Assim, o presente trabalho teve como objetivo discutir os desafios e as perspectivas para implementação de instrumentos econômicos, especificamente o PSA, na cadeia sucroenergética visando o desenvolvimento de técnicas de produção de cana-de-açúcar que sejam mais sustentáveis. Quanto à metodologia, usou-se como método de abordagem o hipotético-dedutivo, o método de procedimento foi o monográfico e a técnica de pesquisa foi a bibliográfica, visando a análise ampla do objeto através dos aspectos teóricos que embasavam o assunto. Os resultados demonstraram que produtores de cana-de-açúcar são potenciais geradores de diferentes serviços ambientais. No entanto, pesquisas secundárias apontam que, uma vez que não existe um modelo de PSA específico, ocorrem dificuldades na padronização dos contratos. Por fim, percebeu-se que a legislação brasileira, no que tange à produção de biocombustíveis no que concerne à sustentabilidade, tende ao fortalecimento do pilar econômico, em detrimento do ambiental e do social.