Resumo A vulnerabilidade é um fator chave no enfrentamento da COVID-19 tendo em vista que pode influenciar no agravamento da doença. Desse modo, ela deve ser considerada no controle da COVID-19, prevenção e promoção da saúde. O objetivo deste artigo é analisar a distribuição espacial da incidência de casos de COVID-19 em uma metrópole brasileira e sua associação com indicadores de vulnerabilidade social. Estudo ecológico. Foi utilizada a análise de varredura espacial (scan) para identificar aglomerados de COVID-19. As variáveis para identificação da vulnerabilidade foram inseridas em um modelo de Regressão Espacial Geograficamente Ponderado (GWR) para identificar sua relação espacial com os casos de COVID-19. A incidência de COVID-19 em Fortaleza foi de 74,52/10 mil habitantes, com notificação de 3.554 casos, sendo pelo menos um caso registrado em cada bairro. A regressão espacial GWR mostrou relação negativa entre incidência de COVID-19 e densidade demográfica (β=-0,0002) e relação positiva entre incidência de COVID-19 e percentual de ocupados >18 anos trabalhadores autônomos (β=1,40), assim como, renda domiciliar per capita máxima do quinto mais pobre (β=0,04). A influência dos indicadores de vulnerabilidade sobre a incidência evidenciou áreas que podem ser alvo de políticas públicas a fim de impactar na incidência de COVID-19.