I ett vallöfte sade Labour att det skulle kosta 84 miljoner pund per år att ge arbetande föräldrar 30 timmars gratis barnomsorg i veckan under 48 veckor om året.
Economist Gillian Paull berättade BBC Wales "över gränsen" kunde nå £ 200m om "nästan alla" föräldrar tog upp erbjudandet.
Den walesiska regeringen sade att den för närvarande analyserar de sannolika kostnaderna.
Löftet att tillhandahålla 30 timmars gratis barnomsorg i veckan var ett av Labours viktigaste vallöften och ingår nu i dess femårsprogram för regeringen.
Barnomsorgen kommer att göras tillgänglig för förvärvsarbetande föräldrar till tre- och fyraåringar under 48 veckor om året.
I en rapport från den walesiska regeringen i februari utarbetade Paull, från Frontier Economics, olika kostnadsberäkningar för politiken.
Det sades att kostnaden skulle bli 84 miljoner pund per år om barnomsorgen erbjöds till förvärvsarbetande föräldrar och om 87 procent av dem tog upp erbjudandet till en kostnad av 5 pund per timme.
Paull varnade dock för att hon ansåg att det är osannolikt att politiken skulle uppmuntra många föräldrar som inte arbetar att börja arbeta.
Den walesiska regeringen insisterar på att politiken kommer att avlägsna ett av de "stora hindren för sysselsättning".
Paull sade att om politiken visade sig vara framgångsrik när det gäller att göra det möjligt för ett stort antal föräldrar att börja arbeta, skulle den årliga kostnaden öka avsevärt.
"Kostnadsberäkningen [i rapporten] bygger på en mycket liten respons på arbetsbeteendet", berättade hon för Sunday Politics Wales-programmet.
"Om det finns en större respons kan kostnaden bli betydligt högre.
"En rimlig övre gräns skulle vara omkring 200 miljoner pund, baserat på en extrem reaktion från nästan alla föräldrar som blir berättigade till arbete."
David Dallimore, en socialpolitisk forskare vid Bangor University, varnade för att pengar också skulle behöva spenderas på att utöka tillgången till barnomsorg i Wales, vilket han påstod redan var "patchy".
"Det är mycket beroende av var du bor", sade han.
"Wales har en mätbart lägre andel barnomsorg än andra länder i Storbritannien.
"I Wales är det ca 30 barnomsorgsplatser för 100 barn - det är ca 40 i England och det är nästan 50 i Skottland."
Han tillade: "Jag tror att det finns en hel del oro inom sektorn att det inte finns tillräckligt med bestämmelser för att kunna leverera denna [policy] i den nuvarande form vi har."
Med hänvisning till slutet av gemenskapens första program mot fattigdom på tisdagen hänvisade generalsekreterare Carl Sargant till barnomsorgspolitiken som ett sätt att hjälpa föräldrar att hitta arbete.
"På andra sidan regeringen garanterar vi välstånd för alla", sade han.
"Att skapa ett generöst barnomsorgserbjudande för förvärvsarbetande föräldrar kommer att bidra till att undanröja ett av de största hindren för sysselsättning."
En taleskvinna från den walesiska regeringen sade: " Vi vet att det finns problem med kapacitet och kostnader i vissa delar av Wales, och vi arbetar med barnomsorgssektorn för att ta itu med detta.
"Vi gör också för närvarande komplexa kostnadsmodeller.
"Vi har ett kostnadsintervall, och syftet med vår modellering och analys är att titta på nyckelfaktorer som antalet stödberättigade barn, utnyttjandegrad, antal utnyttjade timmar och timkostnad, som alla påverkar de totala kostnadsberäkningarna."
Söndag Politik Wales är på BBC One Wales söndag 16 oktober på 1100 BST
Welsh Labours löfte om att öka den kostnadsfria barnomsorgen skulle kunna kosta betydligt mer än den har förutspått, har författaren till ett betänkande i frågan sagt.