Le tamarin noir est frugivore-exsudativore-insectivore.
Budget alimentaire (Paragominas) : fruits, nectar et gomme (87,5%), insectes et autres (12,5%) ; consomme ici 18 espèces végétales. Budget alimentaire (Ferreira Penna) : fruits (48,81%), nectar (22,32%), gomme (23,81%), insectes (4,5%) et autres (0,5%). Ici, il consomme les fruits de 46 espèces de plantes et le nectar de 4 espèces, avec une prédilection pour les sapotacées, les mimosacées et les burséracées. Il mange le plus de fruits entre janvier et juin, surtout ceux du Maçaranduba (Manilkara amazonica) – 7,1% – et ceux du pau-pombo (Tapirira guinanensis) – 5,91%. En juillet-août, il consomme surtout les fruits du muruci da mata (Byrsonima aerugo), du cupiuba (Goupia glabra) et de l’ingá Inga lateriflora – 17,39%. Les exsudats proviennent des parkias (Parkia ulei, pendula et oppositifolia), du pau-pombo (Tapirira guinanensis) et de l’Anacardier géant (Anacardium giganteum). Entre août et novembre, il se nourit à plus de 50% de nectar, notamment celui du Manglier blanc guanandi (Symphonia globulifera) et de l’ingá cumaru (Inga alba).
Parmi les autres essences prisée pour leurs fruits et leur nectar, citons le breu-manga (Tetragastris altissima) en janvier, le Pouroumier de Guyane (Pourouma guianensis) en janvier-février, le Caséaria à petites feuilles (Casearia decandra), le Curupixa (Micropholis venulosa) et le Copalier (Protium tenuifolium) en mars, le Tamarinier de montagne (Dialium guianense) et le « caca-henriette » (Henriettea succosa) en avril, le bacurí da mata (Rollinia exsucca) en mai, le Curare (Strychnos guianensis) en mai et le tinteiro (Miconia holosericea) en octobre.
Il consomme aussi des insectes (phasmes, mantes religieuses et orthoptères) ainsi que de très rares vertébrés (grenouilles).