O gênero Marmosops apresenta uma dicotomia basal, cujo subgênero Marmosops divergiu de Sciophanes há cerca de 9 Ma. Estas linhagens possuem uma longa história evolutiva culminando num padrão amplo de distribuição geográfica e elevada divergência genética. O subgênero Marmosops compreende uma grande diversidade de espécies, atualmente subestimada, dado o reconhecimento de complexos de espécies. Estudos moleculares recentes mostram a necessidade de melhor estabelecer os limites de espécies nestes complexos e suas relações de parentesco. Foram estudados dois complexos de espécies: M. ocellatus (Tate, 1931) e M. noctivagus (Tschudi, 1845), a fim de acessar a variabilidade genética, investigar o número de linhagens, e delimitar a distribuição geográfica. O táxon nominal M. impavidus (Tschudi, 1845) é considerado um nomen dubium, e os exemplares anteriormente tratados como M. impavidus foram recuperados como parte do complexo M. ocellatus, por isso foram tratados como tal. Análises comparativas de Inferência Bayesiana e Máxima Verossimilhança foram realizadas com o marcador mitocondrial CYTB para 30 sequências inéditas e 94 sequências disponíveis no GenBank. Através das análises foi recuperada a monofilia do gênero Marmosops, a dicotomia basal dos subgêneros, três grandes clados (A, B e C) dentro do subgênero Marmosops, cinco clados internos para M. ocellatus (A, B, C, D e E) e quatro clados internos para M. noctivagus (A, B, C e D). Para M. ocellatus foi observada uma divergência genética de até 12,39% (K2P) entre as linhagens, cujas relações não foram bem estabelecidas devido ao baixo suporte estatístico. Os limites da distribuição geográfica foram ampliados para o leste em M. ocellatus A e M. ocellatus B, e uma nova linhagem foi recuperada (M. ocellatus D) ao norte do Rio Amazonas. Para M. noctivagus, as relações entre as linhagens apresentaram alto suporte e a divergência genética entre elas foi de até 8,32% (K2P). Uma grande lacuna amostral no interior da região amazônica foi preenchida para M. noctivagus C e os limites de sua distribuição geográfica foram ampliados para norte e sul, apresentando o único registro desta linhagem ao norte do Rio Amazonas – evidenciando que este rio não atuou como barreira ao fluxo gênico nestas populações – e os primeiros registros em biomas além da Amazônia (Cerrado e transição entre Cerrado e Floresta Seca). A vegetação parece ser um fator limitante para M. ocellatus dado que seus limites de distribuição se dão em áreas de transição de Cerrado e Amazônia e alguns rios parecem ter atuado como barreiras geográficas para a diferenciação das linhagens. Já M. noctivagus ocorre em diferentes tipos de vegetação, então outros fatores devem ter atuado na diferenciação destas linhagens, as quais apresentam um padrão no sentido leste para oeste de diferenciação, com alguns rios atuando como barreira geográfica. Portanto, a adição de dados inéditos contribuiu para corroborar hipóteses de estudos anteriores, aumentar o conjunto amostral reforçando a existência destes dois complexos de espécies, preencher lacunas amostrais, ampliar os limites e detectar padrões de distribuição geográfica de suas linhagens, fortalecendo a relação entre a ampla distribuição geográfica e dados elevados de divergência genética.