A aquicultura brasileira tem na tilápia (Oreochromis sp.) sua principal espécie de cultivo, porém seu processamento industrial gera grandes volumes de resíduos, como cabeça, pele, carcaça e nadadeiras, que podem representar até 70% da biomassa total e causar impactos ambientais se descartados inadequadamente. O presente estudo teve como objetivo avaliar a viabilidade técnica e econômica da extração de óleo com características nutricionais a partir de resíduos recuperados da filetagem de tilápia no Mercado do Peixe de Teresina-PI. A metodologia adotou um Delineamento Inteiramente Casualizado em arranjo fatorial 4x4, testando quatro tipos de resíduos (cabeça, pele, carcaça e nadadeiras) e quatro sistemas de solventes (água, etanol, isopropanol e mistura 1:1), totalizando 16 combinações experimentais. Foram realizadas análises de rendimento, físico-químicas, perfil de ácidos graxos por cromatografia gasosa (CG-EM) e atividade antimicrobiana, aplicando-se uma análise multicritério para seleção do tratamento mais eficiente com base em rendimento, teor lipídico e custo. Os resultados demonstraram que o isopropanol proporcionou os maiores rendimentos médios de óleo, superando o etanol e a mistura de solventes. A análise multicritério identificou a combinação de Carcaça com Isopropanol como a mais eficiente, apresentando o melhor equilíbrio entre baixo custo operacional e elevada recuperação de biomassa lipídica. Conclui-se que a extração utilizando isopropanol em carcaças de tilápia é uma alternativa sustentável e viável, alinhada aos princípios da economia circular e da bioeconomia, convertendo passivos ambientais em produtos de valor agregado.