El modelado de nichos ecológicos ha contribuido a la investigación de la distribución geográfica y la conservación de especies raras o poco registradas. Por lo tanto, estudiamos la distribución conocida y potencial de Colobosauroides carvalhoi (Soares y Caramaschi, 1998) y analizamos las implicaciones para su conservación. Los datos se obtuvieron mediante recolecciones manuales realizadas en muestreos trimestrales en tres regiones diferentes, considerando las regiones con registros de ocurrencia y sus alrededores. La distribución conocida se determinó mediante registros de ocurrencia y datos bibliográficos, y la distribución potencial se estimó con un modelo de nicho ecológico mediante el algoritmo MaxEnt. Se recolectaron veinticinco especímenes exclusivamente en formaciones forestales de Caatinga y Caatinga-Cerrado. Nuestros datos corroboraron la rareza relativa de C. carvalhoi y reflejaron la historia biogeográfica del grupo, donde se encuentra restringido a formaciones forestales con condiciones ambientales más benignas. Los registros de ocurrencia indicaron nuevos registros de C. carvalhoi, pero el valor de distribución conocido es compatible con una distribución restringida. El modelo de nicho ecológico estimó pocas áreas con aptitud ambiental para la especie y corroboró los patrones de distribución restringida y relicta. Finalmente, los valores de distribución conocidos y potenciales fueron compatibles con los criterios para especies amenazadas. Estos resultados sugieren un escenario preocupante para la conservación de C. carvalhoi. Sin embargo, los datos limitados sobre la población de la especie no permiten definir adecuadamente su estado de conservación. Por lo tanto, sugerimos utilizar valores de distribución potenciales con criterios alternativos para redefinir el estado de conservación de C. carvalhoi y desarrollar nuevos estudios que respalden una mejor evaluación de sus aspectos de conservación.