Trata-se de um estudo longitudinal, prospectivo, de abordagem quantitativa, cujo objetivo foi conhecer a trajetória da fadiga e da depressão em mulheres com câncer de mama em tratamento radioterápico. Participaram do estudo 58 mulheres em tratamento radioterápico para câncer de mama não-metastático, atendidas em um serviço de radioterapia de um hospital terciário do interior de São Paulo, após aprovação do comitê de ética em pesquisa, no período de janeiro a setembro de 2016. Os instrumentos de coleta de dados utilizados foram a Ficha de Identificação com dados sociodemográficos e clínicos; a Escala de Performance de status de Karnofsky, a Escala de Fadiga de Piper Revisada e o Inventário de depressão de Beck. Na análise de dados, adotou-se a análise descritiva, o teste de Mann-Whitney e a análise de regressão pelo modelo linear generalizado misto (Generalized Linear Mixed Models). Quanto aos resultados, a idade média das participantes foi 55 anos, as quais eram em sua maioria casadas (29,31%), brancas (65,5 %), com média de 8 anos de estudo e possuíam como diagnóstico o carcinoma ductal invasivo (94,8%). Constatou-se que no início mostravam-se fatigadas (T1:24,1%) e essa proporção ampliou-se ao longo da radioterapia (T2: 30,7%; T3: 40,3%). Em relação a intensidade da fadiga, o nível moderado teve predomínio (T1: 13,8%; T2 e T3: 23,08%). A maioria não desenvolveu depressão (T1: 74%, T2: 80,4%, T3: 88,4%). Verificou-se que a fadiga e a depressão possuem uma relação de significância estatística do início ao fim desse tratamento (T1: p=0,0021; T2: p=0,0001; T3 p= 0,0003). A dor e o transtorno de sono apresentaram uma relação significante com a fadiga, assim pode-se inferir que as participantes com dor tinham 7,54 vezes mais chance de apresentar fadiga do que as que não referiram esse sintoma. As mulheres com transtorno de sono tinham 9,31 vezes mais chance de se mostrar fatigadas do que as que negaram tal transtorno; pacientes ao final do tratamento radioterápico tiveram quatro vezes mais chance de apresentar fadiga. O ajuste do modelo da depressão assinalou que às variáveis T3 (final da radioterapia; p=0,0002), sono (p=0,0276) e dose da radioterapia recebida (p=0,0339) apresentaram uma relação estatisticamente significativa com a depressão. Quanto à depressão, os achados apontaram que, para cada unidade de dose de radioterapia recebida, esperava-se uma redução relativa média de 0,01% no escore da escala de depressão. As pacientes que apresentaram transtorno de sono tiveram um aumento relativo médio de 19,51% no escore da depressão quando comparadas às pacientes que não tiveram esse problema. Conclui-se que a fadiga aumentou ao longo do tempo ao contrário da depressão, porém esses dois sintomas neuropsicológicos apresentaram uma relação estatisticamente significante. Os profissionais de saúde precisam estar atentos ao perfil de risco para fadiga e depressão, exercendo um papel atuante na identificação e no gerenciamento desses sintomas