Frugivore-insectivore-exsudativore. À Caetetus, la recherche des insectes prend 11,2% du temps d'alimentation durant la saison sèche et seulement 1,9% durant la saison humide. Les invertébrés cachés sont localisés au toucher plus souvent qu'à la vue et traqués dans le sous-bois. Largement frugivore, surtout pendant la saison humide, il cueille ses fruits le plus souvent en forêt sèche.
À Caetetus, il consomme quarante-six espèces de fruits dont figuiers, ingás, palmier jerivá (Syagrus romanzoffiana), celtis (Celtis pubescens), Cordia superba et Rhamnidium eleaocarpum. Il ne dédaigne pas les fruits de cactus (Rhipsalis et Zygocactus) et les baies du café do Mato (Cordia ecalyculata) riches en caféine (d'après Rylands). Pendant la saison sèche, il se rabat sur les exsudats végétaux (12 espèces), prélevant sève et gomme de l'euterpe (Euterpe edulis), de l'ingá, du pau pombo (Tapirira guianensis) et du timbauba (Enterolobium contortisiliquum).
Le plus gommivore de tous les petits singes-lions et on peut l'observer souvent en train de lécher la gomme suintant de certains palmiers. Rarement, il capture petites grenouilles et œufs d'oiseau.