Nhựa sinh học được sản xuất từ các nguyên liệu thô như tinh bột, xenlulo, gỗ, đường và sinh khối. Vì vậy, sản xuất nhựa sinh học mang tính bền vững hơn so với sản xuất nhựa tổng hợp.
Tác động môi trường phụ thuộc vào nhiều thước đo như sử dụng nước, sử dụng năng lượng, phá rừng, phân hủy sinh học,… Vì vậy, tác động môi trường của nhựa sinh học vẫn còn gây ra nhiều tranh luận.
Nhựa sinh học được đánh giá là tiết kiệm năng lượng không thể tái tạo hơn và ít thải ra khí nhà kính hơn so với nhựa tổng hợp. Nhựa sinh học được làm từ vật liệu tự nhiên, do đó, ít đòi hỏi quá trình xử lí và tiêu thụ năng lượng hơn. Cùng với quy trình sản xuất đòi hỏi nhiệt độ thấp hơn giúp làm giảm năng lượng cần thiết để sản xuất chúng. Việc sản xuất nhựa sinh học tạo ra ít khí thải nhà kính hơn so với nhựa tổng hợp, chủ yếu là do nguồn nguyên liệu thô có thể tái tạo và trung hòa carbon. Một nghiên cứu năm 2017 xác định rằng việc chuyển từ nhựa tổng hợp sang PLA từ ngô sẽ cắt giảm 25% lượng khí thải nhà kính của Hoa Kỳ.
Trong khi, nhựa tổng hợp giải phóng nhiều loại hóa chất và độc tố trong quá trình sản xuất, có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người và môi trường, việc sản xuất nhựa sinh học lại được ghi nhận là tạo ra ít sản phẩm phụ có hại hơn so với nhựa truyền thống.
Sản xuất nhựa sinh học cũng có thể đi kèm với một số tác động tiêu cực đến môi trường liên quan đến việc sử dụng đất và nước; sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu; hiện tượng phú dưỡng và axit hóa.
Việc sử dụng đất và nước để trồng các loại cây làm nguyên liệu thô để sản xuất nhựa sinh học, có thể dẫn đến xung đột về sử dụng đất, phá rừng, cũng như khan hiếm nguồn nước. Mặt khác, một số loại nhựa sinh học được làm từ các bộ phận ăn được của cây trồng cũng khiến việc sản xuất nhựa sinh học cạnh tranh với sản xuất lương thực.
Tuy nhiên, nhựa sinh học được ghi nhận là mang lại nhiều tác động tích cực cho môi trường khi so với nhựa tổng hợp, đặc biệt ở khía cạnh làm giảm sự phụ thuộc vào tài nguyên không tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính.