La leucemia es el cáncer infantil más común y su etiología podría estar relacionada con varios contaminantes ambientales, como las partículas en suspensión (PM). El objetivo de nuestro estudio es evaluar la posible asociación entre la exposición a PM durante el embarazo y la incidencia de leucemia infantil. Establecimos una cohorte nacional basada en la población utilizando la base de datos de Estadísticas del Registro de Nacimientos de España del Instituto Nacional de Estadística. Utilizamos modelos de bosques aleatorios de uso del suelo espaciotemporal para estimar las concentraciones de PM y PM durante todo el embarazo y por trimestres. Realizamos análisis de regresión logística ajustados por varias covariables. Además, ajustamos modelos aditivos generalizados (GAM) para estimar la relación no lineal entre los niveles de PM y la incidencia de leucemia. El estudio incluyó a 3,112,123 niños y 1066 casos de leucemia. Los resultados para la variable continua de niveles de exposición a PM sugirieron que un mayor riesgo de leucemia infantil está asociado con una mayor exposición. Los resultados para la variable categorizada de PM sugieren un mayor riesgo de leucemia infantil entre las mujeres embarazadas cuyos niveles de exposición eran superiores a la mediana (tercer y cuarto cuartiles). Los resultados para PM fueron más débiles. Encontramos una asociación entre la exposición a PM durante el embarazo y un mayor riesgo de leucemia infantil. Nuestros hallazgos indican que las intervenciones de salud pública deberían tener como objetivo reducir la contaminación del aire para disminuir la incidencia de leucemia infantil.