Objetivos O presente estudo objetivou avaliar a prevalência de sintomas ansiosos e depressivos e relacioná-los com os diferentes tipos e magnitudes de dor crônica; também objetivou caracterizar a população de casos novos agendados para atendimento no ambulatório de dor crônica, no serviço onde o estudo foi realizado. Métodos Estudo de corte transversal, realizado em um ambulatório docente-assistencial para tratamento de dor crônica, realizado entre maio de 2012 e abril de 2013, com 125 pacientes. Instrumentos utilizados Questionário sociodemográfico, Escala Hospitalar de Ansiedade e Depressão (HAD) e Escala Visual Numérica (EVN) para aferir a intensidade de dor. Resultados Dor intensa foi referida por 64% (n = 80) dos pacientes. Ansiedade atingiu 65% (N = 82) dos pacientes e a depressão, 48% (N = 60). Houve correlação significante entre os mais altos escores de ansiedade (p < 0,001) e depressão (p < 0,001) com a intensidade de dor. A correlação entre intensidade de dor e sintomas ansiosos e depressivos foi positiva para dor crônica neuropática e mista. Os fatores sociodemográficos associados à intensidade de dor crônica foram: renda e religião para depressão, e tempo de dor para ansiedade. Conclusão O estudo mostrou elevada prevalência de sintomas depressivos e ansiosos em pacientes com dor crônica, assim como relação significante desses sintomas psiquiátricos com alguns tipos e intensidade de dor.