Introdução: Atualmente, a má qualidade do sono e a síndrome da fragilidade podem ser consideradas importantes problemas de saúde pública devido à alta prevalência entre os idosos e aos efeitos negativos sobre o bem-estar dos indivíduos acometidos. Mediante a identificação precoce de ambas as condições, intervenções podem ser planejadas no sentido de reduzir os gastos com os serviços de saúde e melhorar a qualidade de vida desses indivíduos. Objetivo: Analisar a relação entre sono e fragilidade de idosos cadastrados em uma Unidade de Saúde da Família inserida em contexto de alta vulnerabilidade social. Métodos: Trata-se de um estudo descritivo, transversal, correlacional, baseado no método quantitativo de investigação. Foram entrevistados 81 idosos, com 60 anos de idade ou mais, cadastrados em uma Unidade de Saúde da Família do município de São Carlos, SP. Os instrumentos utilizados na coleta de dados foram: Questionário para caracterização do idoso, Índice de Qualidade do Sono de Pittsburgh (PSQI), Fenótipo de Fragilidade proposto por Fried (adaptado), Mini Exame do Estado Mental, Escala de Depressão Geriátrica (versão de 15 itens), Índice de Katz para atividades básicas de vida diária e Escala de atividades instrumentais de vida diária de Lawton.  Na análise dos dados, foram utilizados os testes Exato de Fisher e χ2 de Pearson, com nível de significância de 5%. Todos os cuidados éticos que regem pesquisas com seres humanos foram respeitados. Resultados: 51,8% dos idosos eram do sexo feminino, 65,4% estavam inseridos na faixa etária de 60 a 69 anos e 64,2% possuíam companheiro. Em relação aos aspectos de saúde, 64,2% estavam com a cognição preservada, 65,4% não apresentaram sintomas depressivos, 77,8% estavam independentes para atividades básicas de vida diária e 65,4% independentes para atividades instrumentais de vida diária. Quanto ao sono, 50,6% apresentaram sono de má qualidade, 33,3% sono de boa qualidade e 16,1% distúrbios do sono. Em relação à fragilidade, 61,7% dos idosos estavam pré-frágeis, 33,3% frágeis e 5,0% não frágeis. Resultados estatisticamente significantes foram encontrados entre sono e: nível de fragilidade (p=0,026) e o critério “lentidão da marcha” (p=0,000). Cerca de 29,6% dos idosos frágeis e 9,3% dos robustos/pré-frágeis pontuaram para distúrbios do sono. Aproximadamente 30,4% dos idosos com lentidão da marcha e 10,4% sem lentidão apresentaram distúrbios do sono. Conclusão: Idosos frágeis apresentaram maior prevalência de sono de má qualidade e de distúrbios do sono quando comparados aos idosos pré-frágeis e não frágeis. Esses resultados podem sensibilizar os profissionais da atenção primária à saúde a fim de identificar queixas precocemente e implementar estratégias assertivas com o intuito de evitar resultados adversos à saúde e melhorar a qualidade de vida desses indivíduos.