La valorisation énergétique du biogaz peut se faire sous plusieurs formes.

Le biogaz peut être transformé en énergie électrique. Cela se fait en utilisant un moteur à gaz ou une petite turbine sur le site de méthanisation. L'inconvénient majeur de cette solution est que, s'il n'y a que de la production d'électricité, le rendement énergétique d'une telle installation est faible (35 à 40%). Pour valoriser correctement l'énergie du biogaz, il est donc nécessaire de bien valoriser la chaleur qui se dégage dans le moteur à gaz ou dans la turbine. C'est le principe de la cogénération, dont le rendement global dépend beaucoup des possibilités locales de valorisation de la chaleur.

Quand il y a un réseau de gaz à proximité, une solution efficace énergétiquement est d'épurer le biogaz (extraire le CO₂ et enlever les impuretés) pour obtenir du biométhane similaire au gaz naturel. Le biométhane peut alors être injecté dans le réseau de gaz et le remplacer dans toutes ses applications, en particulier comme carburant (BioGNV).

Enfin, quand il y a un besoin local de chaleur, le biogaz peut être brûlé directement sur place dans une chaudière.