En las últimas décadas, la minería de procesos ha demostrado su importancia en la mejora de los procesos en las organizaciones, con base en el análisis de los datos reales de ejecución de los procesos. La realidad cada vez más compleja de las organizaciones incluye ecosistemas y tecnologías heterogéneas en los que varias organizaciones interactúan en procesos colaborativos para lograr un objetivo común. Estos procesos determinan la necesidad de integrar nuevas perspectivas de medición y análisis más allá de los tradicionalmente utilizados, para el diseño y mejora de procesos. A su vez, temas como la sostenibilidad de las organizaciones y la inteligencia artificial han cobrado suma importancia en la última década como parte de los procesos. El objetivo de este trabajo doctoral es extender el alcance actual en la aplicación de la minería de procesos e inteligencia artificial en este contexto, con un enfoque que integre nuevos artefactos como técnicas, prácticas, metodologías y herramientas para el diseño, sostenibilidad y mejora de procesos colaborativos.