OBJETIVO: Identificar os fatores associados à mortalidade de recém-nascidos de muito baixo peso internados em uma Unidade de Terapia Intensiva Neonatal de referência no Norte de Minas Gerais, Brasil. MÉTODOS: Estudo transversal baseado na análise de prontuários de uma amostra aleatória de recém-nascidos admitidos em uma Unidade de Terapia Intensiva Neonatal de janeiro de 2007 a junho de 2010. Foram considerados elegíveis para o estudo recém-nascidos com peso inferior a 1500g, provenientes do bloco obstétrico da própria instituição. Foram identificadas variáveis demográficas maternas, variáveis relacionadas às condições de gestação e parto e variáveis do recém-nascido. A associação entre as variáveis foi aferida por meio do teste do qui-quadrado e Odds Ratio. As variáveis associadas até o nível de 25% (p<0,25) na análise bivariada foram inseridas na análise múltipla por meio da regressão logística, assumindo-se o nível de significância de 5% (p<0,05). RESULTADOS: Foram selecionados e analisados os dados referentes a 184 prontuários, que registraram 44 óbitos (23,9%). As variáveis que se mantiveram estatisticamente associadas ao óbito de recém-nascidos de muito baixo peso, após análise multivariada, foram: peso de nascimento abaixo de 1000g (OR 7,29; IC95% 3,19 - 16,63; p<0,001), boletim de Apgar de 1º minuto menor do que sete (OR 3,57; IC95% 1,53 - 8,32; p=0,003) e realização de menos de quatro consultas de pré-natal (OR 2,72; IC95% 1,19 - 6,23; p=0,018). CONCLUSÕES: Os resultados denotam falhas na assistência pré-natal e a necessidade de melhoria em relação aos cuidados perinatais ao binômio mãe e filho.