เซลลูโลสเอทานอลเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่ผลิตโดยใช้เซลลูโลสซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของผนังเซลล์พืช เซลลูโลสมีอยู่ในพืชทุกชนิดและเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่พบมากที่สุดในโลก แม้ว่าจะสร้างเอทานอลจากเซลลูโลสได้ยากกว่าที่จะทำจากแป้งหรือพืชที่ทำจากน้ำตาลเช่นข้าวโพด แต่แหล่งของเซลลูโลสนั้นแทบจะไม่ จำกัด เลย นี่คือข้อได้เปรียบที่สำคัญที่ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถใช้ทรัพยากรเช่นของเสียทางการเกษตรผลพลอยได้จากสนามหญ้าการดูแลสวนและต้นไม้และพืชที่ไม่ใช่อาหารที่เติบโตอย่างรวดเร็วและสามารถเลี้ยงบนพื้นที่ที่ไม่ต้องการ
มีวัตถุดิบหลักสองประเภทหรือวัตถุดิบที่ใช้ในการสร้างเซลลูโลสเอทานอล: ชีวมวลเกษตรและชีวมวลป่าไม้ สารชีวมวลทางการเกษตรสามารถรวมวัสดุเหลือใช้จากพืชอาหารเช่นซังข้าวโพดซังข้าวโพดหรือฟางข้าว มันอาจมาจากพืชที่ปลูกโดยเฉพาะสำหรับการผลิตพลังงาน พืชบางอย่างที่อาจนำมาใช้รวมถึง switchgrass อ้อยและ miscanthus พืชที่ปลูกเองที่ไม่ต้องปลูกใหม่หลังจากปลูกแต่ละครั้งซึ่งเป็นฤดูแล้งและทนต่อสภาพอากาศมักเป็นที่ต้องการ
ป่าไม้หรือไม้ชีวมวลยังเสนอทางเลือกที่หลากหลายสำหรับการผลิตเอทานอลและมีข้อได้เปรียบด้านการแปรรูปบางอย่างที่เหนือกว่าชีวมวลทางการเกษตรที่ทำให้เป็นทางเลือกที่มีคุณค่า เช่นเดียวกับสารชีวมวลทางการเกษตรต้นไม้บางชนิดอาจถูกเพาะปลูกโดยเฉพาะเป็นพืชพลังงาน พืชต้นไม้หมุนเวียนสั้นที่สามารถปลูกเก็บเกี่ยวและปลูกใหม่ได้อย่างรวดเร็วเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับใช้ในการผลิตเอทานอลเซลลูโลส ผลพลอยได้จากป่าไม้เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง สามารถใช้เศษไม้เปลือกไม้และขี้เลื่อยได้ อีกทางเลือกหนึ่งคือเยื่อกระดาษเสีย
เพื่อสร้างเอทานอลเซลลูโลสสามารถใช้หนึ่งในสองกระบวนการหลัก อย่างแรกคือเซลลูโลสซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้ไฮโดรไลซิสเพื่อสลายเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลอย่างง่าย เซลลูโลสได้รับการบำบัดล่วงหน้าเพื่อทำลายโครงสร้างที่แข็งแรงบางส่วนทั้งทางร่างกายและทางเคมี จากนั้นจะสามารถเข้าถึงกระบวนการไฮโดรไลซิสซึ่งแบ่งโมเลกุลออกเป็นน้ำตาลโดยใช้เอนไซม์ที่เรียกว่าเอนไซม์เซลลูเลส น้ำตาลจะถูกแยกออกจากวัสดุอื่น ๆ ที่เหลืออยู่จากนั้นหมักด้วยจุลินทรีย์และกลั่น
กระบวนการที่สองที่สามารถใช้ได้คือการแปรสภาพเป็นแก๊ส ในระหว่างการแปรสภาพเป็นแก๊สคาร์บอนที่มีอยู่ในเซลลูโลสจะถูกเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์โดยใช้การเผาไหม้บางส่วน จุลินทรีย์ที่เรียกว่า Clostridium ljungdhalii จะถูกนำไปใช้ในการหมักก๊าซเหล่านี้และเปลี่ยนเป็นเอทานอลและน้ำ เอทานอลจะถูกกลั่นจากน้ำ
