Analisou-se a associação dos indicadores de vulnerabilidade social com a taxa de incidência de casos graves de COVID-19 em gestantes em Pernambuco, Brasil, entre 2020 e 2021. Este é um estudo ecológico com os casos graves de gestantes com COVID-19, notificados no Sistema de Informação de Vigilância Epidemiológica da Gripe. Para a associação entre a vulnerabilidade social e esses casos, aplicou-se o modelo de regressão gama ajustado de zeros (ZAGA), devido ao grande número de zeros na variável resposta. Utilizou-se variáveis disponíveis no censo demográfico, representando condições socioambientais, características domiciliares e de serviços urbanos. Foram registrados 475 casos graves de COVID-19 em gestantes, com taxa de incidência de 1,40 por 1.000 nascidos vivos. A modelagem com o ZAGA mostrou que a média da taxa de incidência de casos é afetada pela taxa de analfabetismo, sendo que a cada 1%, a média aumenta relativamente 5,1% (p = 0,024). O modelo ZAGA também estima a chance de um município ter taxa zero, sendo que esses valores aumentam em: 2,7% a cada 1% de proporção da cobertura da Estratégia Saúde da Família, em 19,3% a cada 0,01 ponto de Índice de Desenvolvimento Humano Municipal (IDH-M) educação e 21,3% a cada 0,01 ponto de IDH-M longevidade. Quando o IDH-M aumenta, a chance de o município ter taxa zero diminui em 33,8% a cada 0,01 ponto. A densidade demográfica diminui a chance em 4,5% a cada 10 habitantes/km2. O estudo evidenciou a influência dos indicadores de vulnerabilidade social sobre a incidência de casos de COVID-19 grave em gestantes, em que alguns aspectos referentes às características sociais e demográficas estão relacionados.