A presente dissertação tem como objetivo determinar uma estrutura de arranjos produtivos de óleos vegetais com vistas ao suprimento de uma usina produtora de biodiesel, levando em consideração aspectos agrícolas, logísticos e industriais, mediante elaboração e aplicação de um modelo de otimização com programação estocástica como ferramenta de apoio à tomada de decisão. A solução consiste de indicações de dois níveis: dimensionamento - quantidade, porte, tecnologia – e localização de unidades de esmagamento de grãos e distribuição de produção agrícola para atendimento à demanda da usina. O modelo elaborado foi aplicado em um estudo de caso para produção e esmagamento de mamona no estado de Minas Gerais, considerando-se como destino do óleo uma usina de biodiesel localizada no município de Montes Claros e como zonas produtoras de grãos as microrregiões da parte norte do estado. A solução básica foi considerada para o caso determinístico e seguiram-se análises de sensibilidade a alguns parâmetros selecionados, tais como: custos de frete, aumento nos custos de investimento e aumento na demanda da usina, além de restrições de cunho social relativas ao número de famílias atendidas anualmente pelo processo de aquisição de grãos. Finalmente a opção pelo modelo estocástico é analisada, considerando-se aspectos probabilísticos para os valores de produtividade agrícola. Seguem-se considerações a respeito da relevância da aplicação deste modelo por meio de mensuração dos indicadores EVPI e VSS.