Un holobionte es considerado una entidad biológica asociada en simbiosis con microorganismos que complementan sus vías metabólicas, sus funciones fisiológicas y su variación genética. El término hologenoma se refiere a todo el contenido genético del holobionte, es decir, a la suma del genoma del hospedero, sus organelos junto con los genomas del microbioma que lo componen. En la actualidad se ha establecido que existe una relación entre el desarrollo de enfermedades y el microbioma de los humanos, por lo que en esta revisión se describirá el papel del hologenoma en el cáncer y las técnicas de secuenciación masiva en paralelo aplicadas en la hologenómica. El estudio de la hologenómica junto con las tecnologías de secuenciación y bioinformática proporcionará información relevante para el desarrollo de nuevas herramientas diagnósticas y su posterior aplicación en la práctica clínica.