Vampyressa pusilla está ampliamente distribuida en el estado de Río de Janeiro, sureste de Brasil. Se encuentra en zonas boscosas y está ausente en hábitats urbanos y abiertos. Esta especie se encuentra principalmente en altitudes de hasta 1300 m s. n. m. Vampyressa pusilla fue capturada durante toda la noche, desde 18 minutos antes del atardecer hasta 759 minutos después del atardecer. Las capturas alcanzaron su punto máximo en las dos primeras horas de la noche. La actividad reproductiva fue estacional: se observaron hembras preñadas en enero, febrero, abril, agosto, octubre, noviembre y diciembre, y hembras lactantes de noviembre a enero y marzo.