São crescentes os impactos e transformações em cadeias de suprimentos como consequência da integração da Indústria 4.0 e sustentabilidade (S-I4.0) no contexto das micro, pequenas e médias empresas (MPMEs), dado que os métodos aplicados às grandes empresas não necessariamente funcionam para MPMEs. Mais recentemente, acadêmicos e profissionais dedicam considerável e crescente atenção ao assunto devido à importância da investigação do tema para preenchimento dessa lacuna. Nesse sentido da integração da S-I4.0 em cadeias de suprimentos das MPMEs as barreiras funcionam como obstáculos e facilitadores precisam ser potencializados. Outrossim, sob a perspectiva do triple bottom line (TBL), a integração é realizada por mecanismos de pessoas, processos e tecnologia (PPT). Neste contexto, o objetivo desta tese de doutorado é o de desenvolver um Framework para integração da indústria 4.0 com sustentabilidade (S-I4.0) em cadeias de suprimentos das micro, pequenas e médias empresas (MPMEs). De forma a atingir este objetivo, adota-se uma abordagem de método misto, com revisões de escopo, painéis de especialistas, grupos focais, Survey e múltiplo estudo de casos (MEC), utilizando-se a lógica fuzzy, além dos métodos DEMATEL e ARAS. Como resultados, esse trabalho destaca oito barreiras, oito facilitadores, e suas as respetivas relações de causa-efeito, além da apresentação de 32 indicadoreschave sendo dois para cada uma das barreiras e facilitadores. Na sequência, essas barreiras e facilitadores tem suas dominâncias identificadas nos eixos PPT e TBL, além dos mapeamentos das relações causais e de influência, que propiciam a elaboração de quatro frameworks, sendo dois para MPEs e dois para MEs separadamente para barreiras e facilitadores. Finalmente, tendo como lente as teorias da Practice-Based View (PBV) e da Dynamic Capabilities Theory (DCT), é realizado um MEC com seis empresas para aplicação dessas ferramentas e, principalmente, para gerar um guia prático na jornada de integração da S-I4.0 em cadeias de suprimentos das MPMEs. Esse estudo traz contribuições fundamentais ao comprovar a necessidade de tratar de forma diferente as MPEs e as MEs, além de oferecer valiosas informações e inovadoras ferramentas para acadêmicos, gestores, e práticos ao fornecer diretrizes para a integração da S-I4.0 em cadeias de suprimentos das MPMEs.