OBJETIVO: Analisar a mortalidade intra-hospitalar dos recém-nascidos de muito baixo peso, considerando a evolução clínica e os fatores associados à mortalidade. MÉTODOS: Estudo longitudinal que incluiu 360 recém-nascidos com peso entre 500 e 1.500g, em Londrina, Paraná, de 1/1/2002 a 30/6/2004. Os dados foram coletados por meio de entrevistas com as mães, análise dos prontuários e acompanhamento dos recém-nascidos. Para determinação de associação entre as variáveis utilizou-se o teste do qui-quadrado e análise de regressão logística com modelo hierarquizado, com nível de significância de 5%. RESULTADOS: A taxa de mortalidade foi de 32,5%. Na análise bivariada, as variáveis associadas ao óbito oram: não uso de corticosteróide antenatal, ausência de hipertensão arterial/pré-eclampsia, presença de trabalho de parto, parto normal, apresentação não cefálica, Apgar < 3 no primeiro e quinto minutos, Clinical Risk Index for Babies > 5, reanimação na sala de parto, sexo masculino, idade gestacional < 28 semanas, peso < 750g, síndrome do desconforto respiratório, pneumotórax, hemorragia intracraniana e ventilação mecânica. Após regressão logística, permaneceram como fatores de risco: baixa renda per capita, não uso de corticosteróide antenatal e não uso de pressão positiva contínua de vias aéreas. CONCLUSÕES: Mesmo com o uso de tecnologias, a mortalidade observada nos recém-nascidos de muito baixo peso foi alta quando comparada com os países desenvolvidos. A maior utilização do corticosteróide antenatal poderá diminuir a morbidade e mortalidade de recém-nascidos de muito baixo peso.