Introducción. La sensibilidad al procesamiento sensorial (SPS) es un rasgo temperamental que se caracteriza por una mayor sensibilidad a los estímulos internos y externos y un procesamiento cognitivo más profundo. Los niveles elevados de estrés suelen estar asociados con trastornos del sueño; sin embargo, aún no se ha investigado suficientemente en qué medida las diferencias individuales en la sensibilidad influyen en esta relación. Objetivo. El objetivo de este estudio fue examinar el papel moderador de la sensibilidad al procesamiento sensorial en la relación entre el estrés percibido y la calidad del sueño. Métodos. Se realizó un estudio transversal con una muestra de 1122 participantes (846 mujeres y 272 hombres) de 24,50 años (DE = 11,16). La SPS se midió utilizando la Escala de Personas Altamente Sensibles (HSPS). Los niveles de estrés se evaluaron mediante la subescala de estrés de la Escala de Depresión, Ansiedad y Estrés (DASS-21), y la calidad del sueño se evaluó utilizando el Índice de Calidad del Sueño de Pittsburgh. Resultados. Los resultados indicaron que tanto el estrés como la sensibilidad eran predictores significativos de una mala calidad del sueño (p = 0,001). Concretamente, se descubrió que la SPS era un moderador significativo: el impacto negativo del estrés en la calidad del sueño era significativamente mayor en las personas con alta sensibilidad en comparación con aquellas con puntuaciones de sensibilidad más bajas (p = 0,033, Z = 2,132). Conclusiones. Los resultados sugieren que la alta sensibilidad actúa como un factor de vulnerabilidad que exacerba el impacto del estrés sobre el sueño. Estos hallazgos enfatizan la importancia de tener en cuenta rasgos de personalidad como la sensibilidad al procesamiento sensorial a la hora de diseñar intervenciones para mejorar la calidad del sueño y el manejo del estrés en poblaciones clínicas.