A organização espacial das cidades tem importantes implicações para a sua sustentabilidade ambiental. Diversos estudos têm analisado características da forma urbana que podem ter diferentes impactos ambientais ao influenciar padrões de mobilidade mais ou menos sustentáveis. No entanto, a maioria desses estudos faz análises empíricas sem um fundamento teórico sobre os canais de causalidade entre forma urbana e padrões de mobilidade. Além disso, a maioria desses estudos analisa cidades em países desenvolvidos, e existem poucas evidências sobre a relação entre forma urbana e mobilidade sustentável no sul global e Brasil. Neste estudo, analisamos como a organização espacial das cidades brasileiras impacta o consumo de energia na sua mobilidade urbana. Primeiro, apresentamos uma análise descritiva de como as cidades no Brasil têm se desenvolvido espacialmente entre 1990 e 2015. Em seguida, usamos análises de regressão para captar em que medida o consumo de energia per capita no transporte individual motorizado das 182 maiores aglomerações urbanas do país é impactado por diferentes características de forma urbana (densidade populacional; mix de uso do solo; compacidade e contiguidade; além da densidade de interseções, conectividade e sinuosidade do sistema viário). As análises de regressão são construídas com base em um Grafo Acíclico Dirigido (DAG) que propomos para mapear os canais causais entre forma urbana e energia no transporte a partir de extensa revisão da literatura. Constatamos que houve um aumento geral da densidade populacional nas cidades brasileiras entre 1990 e 2015. No entanto, as cidades médias ficaram mais espraiadas e fragmentadas, enquanto as cidades grandes ficaram ligeiramente mais compactas e contíguas. Os resultados das regressões apontam que maiores níveis de mix de uso do solo e densidade populacional e compacidade levam a menor uso de energia na mobilidade. No entanto, o efeito da compacidade depende do tamanho da cidade, de maneira que maior compacidade leva a maior consumo energético em grandes cidades, possivelmente refletindo deseconomias de aglomeração. Esses resultados têm implicações mais amplas, mostrando a necessidade de uma visão integrada de políticas locais de uso do solo e transporte para promover cidades menos dependentes do automóvel e padrões de mobilidade mais sustentáveis.