RESUMO Descrevem-se os aspectos clínicos, anatomopatológicos, imuno-histoquímicos, microbiológicos e moleculares de um caso de adenocarcinoma pulmonar associado à infecção por Mycobacterium sp. em uma vaca. O animal apresentou hiporexia, emagrecimento, vocalizações, postura ortopneica, ingurgitamento da jugular, estase venosa positiva, gemido expiratório e morte. Na necropsia, os pulmões estavam aumentados e apresentavam, na superfície pleural, nódulos branco-amarelados, firmes, multifocais a coalescentes, interpostos por áreas avermelhadas. Ao corte, os nódulos aprofundavam-se ao parênquima e possuíam múltiplos focos de aspecto caseoso e friável e áreas de mineralização. O saco pericárdico e os linfonodos traqueobrônquicos, ilíacos, lombares aórticos e mamários apresentavam lesões semelhantes. Histologicamente, observou-se neoformação carcinomatosa associada a áreas multifocais de necrose e mineralização. As células neoplásicas foram fortemente imunomarcadas pelo anticorpo antipancitoqueratina AE1/AE3. Na cultura microbiológica de fragmentos dos pulmões, houve crescimento de colônias bacterianas compatíveis com micobactérias atípicas. O sequenciamento molecular submetido ao BLASTn identificou o Mycobacterium sp. WCM 7299 (ID: gb|KJ873243.1|).