Este estudio transversal tuvo como objetivo identificar perfiles latentes de patrones de sueño entre estudiantes universitarios y examinar sus asociaciones con los niveles de actividad física (AF), proporcionando así evidencia empírica para intervenciones sanitarias dirigidas en entornos universitarios. Se reclutó a un total de 1.420 estudiantes universitarios mediante muestreo aleatorio estratificado por conglomerados en varias etapas de tres universidades integrales del sur de China. La calidad del sueño y la AF se evaluaron utilizando el Índice de Calidad del Sueño de Pittsburgh (PSQI) y el Cuestionario Internacional de Actividad Física en su versión corta (IPAQ-SF), respectivamente. Se realizaron análisis de perfil latente (LPA), pruebas de chi-cuadrado y análisis de regresión logística multinomial utilizando el software estadístico adecuado. Se identificaron cuatro perfiles latentes de sueño basados en las probabilidades de clase estimadas por el modelo: sueño saludable (44,7%), sueño insuficiente (24,8%), mala calidad del sueño (20,3%) y trastorno grave del sueño (10,2%); las proporciones observadas correspondientes basadas en la asignación a la clase más probable fueron del 45,0%, 25,0%, 20,0% y 10,0% (n = 639, 355, 284 y 142, respectivamente). El género y el nivel de AF difirieron significativamente entre los perfiles. En comparación con los estudiantes del grupo con trastorno grave del sueño, los estudiantes del grupo con sueño saludable tuvieron más probabilidades de reportar AF moderada (razón de momios (OR) = 4,69, intervalo de confianza (IC) del 95 %: 2,92–7,51) y AF alta (OR = 7,55, IC 95 %: 4,41–12,91). Los estudiantes del grupo con sueño insuficiente también tuvieron más probabilidades de reportar AF moderada (OR = 2,98, IC 95 %: 1,83–4,86) y AF alta (OR = 5,02, IC 95 %: 2,84–8,87). Los patrones de sueño de los estudiantes universitarios mostraron una clara heterogeneidad. Los patrones de sueño favorables se asociaron con niveles más altos de AF. Debido al diseño transversal, no se pueden inferir relaciones causales. Se deberían desarrollar estrategias de intervención diferenciadas según las características específicas del sueño de cada subgrupo, y la promoción de la AF podría considerarse un objetivo conductual potencial para los estudiantes con sueño deficiente.