INTRODUÇÃO: A prevenção e o controle da anemia e da deficiência de vitamina A são prioridades na agenda da saúde pública no Brasil uma vez que esses agravos têm importante impacto na saúde, no crescimento e no desenvolvimento de crianças. OBJETIVO: O objetivo desse estudo foi analisar a associação entre insegurança alimentar e deficiência de micronutrientes em crianças de seis a 59 meses de idade assistidas em unidades básicas de saúde no município do Rio de Janeiro. MÉTODOS: Estudo seccional realizado no período de julho a dezembro de 2014. Para a análise dos níveis de insegurança alimentar foi utilizada a Escala Brasileira de Insegurança Alimentar e para a determinação da hemoglobina e retinol foi realizada a punção venosa. RESULTADOS: As prevalências de anemia e de deficiência de vitamina A foram de 13 e 14 % respectivamente, 43,4% das crianças possuíam algum grau de insegurança alimentar. A deficiência de vitamina A e a anemia estão associadas à insegurança alimentar no grupo estudado. Crianças com insegurança alimentar leve têm uma chance 93% (OR=1,93; IC= 1,05 – 3,57) maior de apresentar DVA do que crianças com segurança alimentar e crianças com insegurança alimentar moderada têm três vezes mais chance (OR=4,06; IC= 1,24 – 12,37) de ter anemia quando comparadas a crianças em situação de segurança alimentar. CONCLUSÃO: Os resultados desse estudo reforçam a importância de ações de prevenção da insegurança alimentar no país, levando em conta sua influência em problemas de saúde pública na infância.INTRODUCTION: The prevention and control of anemia and vitamin A deficiency are priorities in the public health agenda in Brazil since these diseases have an important impact on the health, growth and development of children. OBJECTIVE: The aim of this study was to analyze the association between food insecurity and micronutrient deficiencies in children six to 59 months assisted in basic health units in the city of Rio de Janeiro. METHODS: Cross-sectional study conducted from July to December 2014. For the analysis of levels of household food insecurity was used the Brazilian Food Insecurity Scale and for the determination of hemoglobin and retinol venous puncture was performed. RESULTS: The prevalence of anemia and vitamin A deficiency were 13 and 14% respectively, 43,4% of children had some degree of food insecurity. Vitamin A deficiency and anemia are associated with household food insecurity in this group. Children with mild food insecurity have a 93% more chance (OR = 1,93; CI = 1,05 - 3.57) to present DVA than children with food security and children with moderate food insecurity have three times more chance (OR = 4,06; CI = 1,24 – 12,37) to have anemia when compared to children in food security situation. CONCLUSION: The results of this study reinforces the importance of prevention of food insecurity actions in the country, taking into account their influence on public health problems in childhood.