La rétrosynthèse peut aussi être appliquée en biologie et notamment en ingénierie métabolique. Le problème consiste à trouver des réactions enzymatiques de façon à synthétiser des molécules cibles à partir de métabolites naturellement produits par les organismes châssis sur lesquels l’ingénierie est pratiquée. En biologie, il est aussi nécessaire de coder ces réactions et de rechercher les séquences enzymatiques capables de les catalyser. Pour ce faire, des méthodes d’apprentissage automatique issues de l’intelligence artificielle qui peuvent aussi être appliquées dans le cadre plus général de la rétrosynthèse organique sont utilisées.
 

Des méthodes d’énumération et de classement ainsi que leurs implémentations expérimentales pour la production de molécules bioactives dans des souches châssis tel qu'Escherichia coli sont présentées. Les méthodes de rétrosynthèse s’appliquent aussi à la construction de biosenseur où il est nécessaire de trouver les réactions enzymatiques capables de transformer une molécule à détecter en une autre pouvant agir sur l’expression des gènes. Des applications dans le cadre de la détection de polluants environnementaux, de la détection de biomarqueurs et de la construction de systèmes de détection multiplexes pouvant être utilisés comme outils de diagnostic sont expliquées.