OBJECTIVES: Determinar la razón costo-efectividad de toracotomía comparada con videotoracoscopia en pacientes con cáncer de pulmón de célula no pequeña en estadio I. METHODS: Se realizó un estudio de costo-efectividad mediante un modelo de árbol de decisiones extendido con proceso de Markov desde la perspectiva del sistema de salud colombiano financiado públicamente, para comparar la videotoracoscopia con la toracotomía. Los resultados se midieron en años de vida ganados, obtenidos de revisiones sistemáticas de curvas de supervivencia. Se incluyeron costos médicos directos, obtenidos solamente de prestadores y aseguradores de tres ciudades principales de Colombia. El periodo de estudio fue de 10 años, con tasas de descuento de 3,5 % y 6 %. El modelo se evaluó usando la simulación de Montecarlo con 10.000 iteraciones.  RESULTS: Los costos totales medios esperados de la toracotomía y de la videotoracoscopia fueron de COP$ 22’831.299 (IC: 22’773.228-22’889.370) y $ 16’955.369 (IC: 16’920.215-16’990.523), respectivamente. Los años de vida ganados para toracotomía fueron 7,85 (IC: 7,84-7,86) y para videotoracoscopia fueron 9,24 (IC: 9,23-9,25). La toracotomía fue superada por la videotoracoscopia para disposiciones a pagar entre COP$ 15’000.000 y $ 45’000.000. CONCLUSIONS: La videotoracoscopia superó a la toracotomía en el tratamiento de pacientes con cáncer de pulmón de célula no pequeña en estadio I, para diferentes disponibilidades por pagar en el sistema de salud colombiano.