Com a transformação do mercado e a crescente necessidade de transição para a sustentabilidade, as redes de suprimentos assumem um papel crucial, pois atuam por meio de relações colaborativas, inovadoras e interdependentes, capazes de impulsionar resultados sustentáveis. No entanto, para que a inovação sustentável se materialize nesse contexto, torna-se essencial o desenvolvimento de capacidades organizacionais. Deste modo, as capacidades dinâmicas baseadas em conhecimento mostram-se como um caminho promissor, por integrarem a lógica das capacidades dinâmicas — voltadas à adaptação estratégica e competitiva — e a visão baseada no conhecimento, que reconhece esse recurso como central para inovação e transformação organizacional. Assim, este estudo tem por objetivo investigar como as capacidades dinâmicas baseadas em conhecimento impactam o desenvolvimento de inovações sustentáveis em redes de suprimentos. Para isso, foi conduzido um estudo de caso único, realizado em uma rede de suprimentos do setor petroquímico, formada por uma empresa focal e dois fornecedores, que atuam conjuntamente no desenvolvimento de inovações. Foram selecionados dois projetos com resultados sustentáveis tangíveis, analisados por meio de entrevistas, análise documental e observação em campo, utilizando triangulação de dados como estratégia metodológica. Os resultados identificaram que os fatores que impulsionaram o desenvolvimento das inovações sustentáveis estiveram associados à busca por maior segurança operacional, melhores condições de trabalho, aumento da produtividade, confiabilidade dos processos e redução do consumo de recursos. As práticas observadas das capacidades dinâmicas baseadas em conhecimento materializaram-se por meio da aquisição, geração e combinação de conhecimento, expressas por captura e retenção de especialistas, realização de treinamentos, criação de procedimentos operacionais, desenvolvimento de documentos técnicos, monitoramento por dados e indicadores e integração entre os atores da rede. Tais práticas resultaram no desenvolvimento de máquinas que aumentaram a segurança das operações, no aperfeiçoamento de métodos de trabalho, na padronização de atividades críticas e na adoção de soluções sustentáveis que impactaram positivamente nas três dimensões da sustentabilidade — social, ambiental e econômica. O estudo também evidenciou a necessidade de manter rotinas contínuas de compartilhamento e documentação do conhecimento, a fim de garantir a viabilidade, segurança e longevidade das inovações implementadas. Conclui-se que as capacidades dinâmicas baseadas em conhecimento desempenham papel estratégico para viabilizar a inovação sustentável em redes de suprimentos, ao promover a aprendizagem colaborativa, fortalecer a integração entre os atores e transformar conhecimento em resultados tangíveis e sustentáveis.