Nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram sintetizadas por meio de uma abordagem verde utilizando extrato aquoso de Hymenaea courbaril através de três métodos diferentes: co-precipitação, síntese hidrotérmica assistida por micro-ondas e sol-gel, seguidos de calcinação a 400 °C. A influência das rotas de síntese na citotoxicidade e nas propriedades fotocatalíticas do TiO2 foi investigada sistematicamente. A difração de raios X e a espectroscopia Raman confirmaram a formação da fase anatásio em todas as amostras, com tamanhos de cristalito variando de 5,64 a 9,21 nm. Os valores das bandas estão entre 3,13 e 3,18 eV, característicos do TiO2 anatásio. A análise morfológica indicou uma dependência significativa da rota de síntese, afetando diretamente as propriedades da superfície. A atividade fotocatalítica foi avaliada por meio da degradação do azul de metileno sob irradiação UV, atingindo eficiências de 93,39% (sol-gel), 86,59% (hidrotermal assistido por micro-ondas) e 58,76% (coprecipitação). O desempenho superior da amostra sol-gel é atribuído à melhoria da cristalinidade e às características estruturais otimizadas, que favorecem a separação dos portadores de carga. Ensaios de citotoxicidade em células SNB-19 revelaram baixa toxicidade para TiO₂-SG e TiO₂-CO, com viabilidade celular acima de 50% em toda a faixa de concentração testada. Experimentos com sequestradores de radicais livres, utilizando o fotocatalisador mais ativo, indicaram uma contribuição significativa de espécies reativas de oxigênio para a degradação do corante, visto que a adição de metanol e álcool furfurílico suprimiu consideravelmente o processo. Esses resultados demonstram que a rota de síntese desempenha um papel crucial na modulação das propriedades físico-químicas e no aprimoramento da dinâmica dos portadores de carga, fornecendo um caminho sustentável para o desenvolvimento de fotocatalisadores eficientes à base de TiO₂ para remediação ambiental.