Gli integratori di vitamina D sono stati ampiamente commercializzati per le loro asserite proprietà antitumorali. In alcuni studi osservazionali è stata notata un'associazione tra bassi livelli di vitamina D e il rischio di sviluppo di alcuni tumori. Tuttavia non è chiaro se l'assunzione addizionale di vitamina D nella dieta o di supplementi incida sul rischio di cancro. Gli studi hanno descritto le prove come "incoerenti, inconcludenti per quanto riguarda la causalità e insufficienti per determinare in modo univoco le esigenze nutrizionali" e "non sufficientemente solide per trarre conclusioni". Una revisione del 2014 ha rilevato che gli integratori non hanno avuto effetti significativi sul rischio di cancro. Un'altra revisione del 2014 ha concluso che la vitamina D3 può ridurre il rischio di morte per cancro (un decesso in meno su 150 persone trattate in 5 anni), ma sono state rilevate delle criticità riguardo alla qualità dei dati. Esistono prove insufficienti per raccomandare integratori di vitamina D alle persone malate di tumore, sebbene alcune evidenze suggeriscano che bassi livelli di vitamina D possano essere associati a un peggior esito di alcuni tumori, e che livelli più elevati vitamina D al momento della diagnosi possono essere associati a risultati migliori.