RESUMEN Introducción. La muerte neonatal está asociada a determinantes maternos, obstétricos, fetales, neonatales y los cuidados de la salud. Objetivo Establecer los determinantes asociados a mortalidad neonatal en una unidad de cuidados intensivos de Colombia. Métodos. Estudio de casos y controles anidado en una cohorte, donde se incluyeron 5567 neonatos vivos, de los cuales fallecieron 125. Con Stata 11.0® se construyeron las estadísticas descriptivas y mediante odds ratio (intervalo de confianza 95%) se establecieron las asociaciones. La regresión logística fue empleada en el análisis multivariado. Se consideró un valor de p<0,05 como significativo. Resultados. La mortalidad se presentó en 2,25% de los neonatos, ocurriendo 76,80% de las muertes entre 0-7 días. Los determinantes maternos y obstétricos asociados de manera independiente a mortalidad neonatal incluyeron número de visitas en el control prenatal menor a 6, trabajo de parto prematuro espontáneo, sangrados del tercer trimestre e hipertensión arterial crónica. Entre los determinantes neonatales, la necesidad de reanimación cardiorrespiratoria, prematuridad o bajo peso al nacer, infecciones bacterianas graves, enfermedad de membrana hialina, hipertensión pulmonar, malformaciones congénitas y anomalías cromosómicas y cardiomiopatía hipertrófica, se asociaron independientemente a mortalidad neonatal. Para las complicaciones y eventos adversos hubo asociación independiente y estadísticamente significativa para infecciones asociadas a la atención en salud, hemorragia intraventricular grados III y IV de Papille y hemorragia pulmonar. Conclusiones. La mortalidad neonatal obedeces a determinantes maternos, obstétricos y feto-neonatales, por lo cual el mejoramiento de los cuidados de estos, reduciría la mortalidad neonatal.