A hipertensão arterial sistêmica (HAS) e o diabetes mellitus (DM) foram as doenças crônicas não transmissíveis mais prevalentes no Brasil em 2019. Dentre os fatores que podem contribuir para o descontrole dessas doenças está o uso inadequado de medicamentos. O objetivo deste estudo foi verificar a prevalência e os fatores associados à não adesão ao tratamento medicamentoso para HAS e DM entre adultos residentes nas capitais brasileiras e no Distrito Federal. Trata-se de um estudo transversal de base populacional com dados da Vigilância de Fatores de Risco e Proteção para Doenças Crônicas por Inquérito Telefônico (VIGITEL) de 2019. Foram incluídos indivíduos (≥ 18 anos) com diagnóstico de HAS e/ou DM. Não adesão ao tratamento medicamento para HAS e para DM foram os desfechos. As variáveis macrorregião de moradia, sexo, cor da pele, faixa etária, escolaridade, estado civil, autopercepção de saúde e posse de plano de saúde foram as exposições. Foram realizadas análises descritivas de todas as variáveis. Análises brutas utilizando o teste Qui-quadrado de Pearson e análises ajustadas utilizando Regressão de Poisson foram conduzidas para avaliar as associações. Foram estudados 52.443 indivíduos. As prevalências da não adesão para o tratamento medicamentoso para HAS e DM foram de 10,1% e 6,0%, respectivamente. Após análise ajustada, indivíduos do sexo feminino apresentaram uma menor probabilidade (RP: 0,67; IC95% 0,53-0,85) de não aderir ao tratamento medicamento para HAS, em comparação ao sexo masculino. A variável faixa-etária apresentou uma associação linear inversa com esse desfecho, ou seja, quanto maior a faixa etária, menor a probabilidade de não adesão ao tratamento medicamento para HAS (p<0,001). Não foram encontradas associações entre as variáveis independentes e a não adesão ao tratamento medicamentoso para DM. Em conclusão, destaca-se a necessidade de iniciativas e projetos governamentais que foquem nos grupos mais propensos à não adesão dos tratamentos medicamentosos.