Introdução: Cuidar de um familiar com câncer pode gerar sobrecarga emocional, física e social, pois a maioria dos cuidadores não está preparada para a mudança de rotina necessária e para assumir cuidados específicos. Objetivo: Avaliar a sobrecarga entre cuidadores informais de pacientes oncológicos em tratamento radioterápico. Metodologia: Trata-se de um estudo observacional, transversal e analítico, desenvolvido com 209 cuidadores informais e pacientes oncológicos em tratamento radioterápico. A coleta de dados foi realizada em um hospital de referência para tratamento oncológico em Teresina, no período de janeiro a maio de 2018, por meio da aplicação do Questionário de Avaliação da Sobrecarga do Cuidador Informal, do Formulário para caracterização sociodemográfica dos cuidadores informais e aspectos relacionados ao cuidado e do Formulário para caracterização demográfica, clínica e terapêutica dos pacientes. As análises foram realizadas por meio de estatísticas descritivas e inferencial, com a aplicação dos testes ANOVA, Teste t de Student, Mann-Whitney, Kruskal-Wallis e o Coeficiente de Correlação de Spearman. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética da Universidade Federal do Piauí, com o parecer nº 2.379.697. Resultados: A média total de sobrecarga foi de 74,63, com destaque para o domínio “Implicações na vida pessoa”. Observou-se associação significativa do escore total de sobrecarga com as variáveis relacionados ao cuidador: idade; situação laboral; turno de trabalho; carga horária de trabalho; renda familiar; procedência; tempo destinado ao cuidado; grau de parentesco com o paciente e tempo de cuidador. Verificou-se correlação muito forte com o domínio “Implicações na vida pessoal” com o escore total de sobrecarga e forte com os domínios “Sobrecarga emocional” e “Reações e exigências”. Conclusão: A sobrecarga do cuidador informal tem relação significativa com suas características sociodemográficas, assim como as características demográficas, clínicas e terapêuticas dos pacientes oncológicos. Dessa forma, faz-se necessário intervenções que promovam a inclusão do cuidador junto ao paciente no plano terapêutico da equipe multiprofissional.