A cárie dentária na infância apresenta alta prevalência, pode provocar dor, alterações funcionais e emocionais e afeta a qualidade de vida da criança pré-escolar. O objetivo deste estudo transversal foi identificar os fatores associados à ocorrência de cárie dentária em crianças pré-escolares de Canoas-RS O presente estudo faz parte de um censo de saúde bucal que coletou dados demográficos (sexo, idade da criança, idade materna), socioeconômicos (escolaridade materna, estrutura familiar e renda familiar), comportamentais (práticas alimentares) e de saúde bucal (cárie dentária, maloclusão e traumatismo alvéolo-dentário) de 1306 crianças de 0 a 5 anos de idade matriculadas nas pré-escolas públicas municipais de Canoas-RS. Seis examinadores treinados e calibrados coletaram as variáveis por meio de questionário e exame clínico odontológico. Teste qui-quadrado foi utilizado para investigar a associação entre as variáveis preditoras e o desfecho. A prevalência de cárie foi de 22,5% (IC 95% 20,2%-24,8%), observando-se um aumento significativo nas prevalências à medida que aumentava a idade. Observou-se uma ocorrência significativamente maior de cárie dentária em crianças do gênero masculino (p=0,027), não brancas (0,003), que vivem em famílas não nucleares (p=0,002), com menor renda familiar (p<0,001) e filhos de mães com menor escolaridade materna (p<0,001). Estiveram também associados à maior prevalência de cárie tempo de aleitamento materno total igual ou superior a 12 meses (p<0,001), crianças que escovam sozinhas seus dentes (p<0,001) e com maior nível de placa visível (p<0,001). Concluiu-se que fatores demográficos, socioeconômicos e comportamentais estão fortemente associados à ocorrência de cárie nesta população, indicando caminhos para a elaboração de estratégias de prevenção e controle da doença cárie em populações com características semelhantes.