Alimentos ultraprocessados são marcadores de padrões alimentares não saudáveis e seu consumo é elevado entre os adolescentes. Características do ambiente alimentar escolar se associam a práticas alimentares de estudantes. O objetivo do estudo foi investigar a associação entre a presença de cantinas e a disponibilidade de alimentos ultraprocessados nas cantinas com o consumo destes alimentos, dentro da escola, entre adolescentes do 9o ano do Ensino Fundamental das redes pública e particular do Município de São Paulo, Brasil. Foi realizado um estudo transversal com dados do SP-Proso, em amostra de 2.680 adolescentes. Foram feitos modelos de regressão linear multinível para avaliar as associações entre as exposições presença de cantinas nas escolas e disponibilidade de alimentos ultraprocessados com desfechos de frequência de consumo de ultraprocessados na escola. A presença de cantinas esteve associada à maior frequência de consumo de embutidos (0,46; IC95%: 0,24; 0,68), salgadinhos de pacote (0,50; IC95%: 0,19; 0,80), guloseimas (0,82; IC95%: 0,55; 1,09) e bebidas açucaradas (0,34; IC95%: 0,06; 0,62), bem como um escore de frequência de consumo de ultraprocessados (2,37; IC95%: 1,25; 3,48). A disponibilidade de salgadinhos de pacote, guloseimas e bebidas açucaradas nas cantinas aumentou a frequência de consumo desses alimentos. Foi observado um efeito dose/resposta entre a diversidade de ultraprocessados nas cantinas e a frequência de consumo destes alimentos. Um ambiente alimentar escolar com maior disponibilidade de ultraprocessados está associado ao maior consumo dos mesmos na escola, o que aponta para a necessidade de regulamentar o comércio de alimentos dentro destas instituições.