O rompimento da barragem do Fundão é, até o presente momento, o maior desastre ambiental envolvendo a contaminação por rejeitos minerários em ecossistemas aquáticos no mundo. Embora impactos imediatos na fauna de peixes residente da bacia do rio Doce tenham sido observados logo após a liberação de ~55 milhões de m³ de rejeito minerário, a biota residente de áreas contaminadas pelo rejeito enfrenta uma exposição crônica aos resíduos minerários acumulados no sedimento e margem do rio. A exposição crônica dos peixes aos metais pesados derivados do rejeito está associada patologias graves em órgãos vitais das espécies, podendo impactar nas dinâmicas populacionais de ecossistemas. O objetivo deste estudo foi avaliar a morfofisiologia do fígado e os possíveis efeitos patológicos em duas espécies de peixes (Oligosarcus argenteus e Hoplias intermedius) coletadas em ambientes impactados pelo rompimento da barragem de Fundão na bacia do Rio Doce. Para isso, foram realizadas uma coleta piloto e quatro amostragens trimestrais durante o período de um ano em dois trechos impactados no Rio Doce e um trecho referência no Rio Piranga, não impactado pelo rejeito proveniente do rompimento da barragem. Amostras de fígado, água e sedimento foram analisadas quanto suas concentrações de metais em seus respectivos pontos amostrais. O fígado dessas espécies foi analisado quanto a histopatologias e expressão de moléculas biomarcadoras para metais (metalotioneína), xenobióticos (citocromo P4501A), estresse oxidativo (catalase, glutationa peroxidase e superóxido dismutase) e morte celular por apoptose (caspase 3) e necrose (HMGB1). A análise de metais demonstrou variações significativas de Al, Fe e Mn na água, Al, As, Fe e Mn no sedimento e As, Fe e Hg no fígado de O. argenteus e Al, Cd, Fe e Hg no fígado de H. intermedius nos pontos impactados pelo rejeito. Espécimes amostrados nos pontos impactados apresentaram maiores valores para seus respectivos índices de alteração histopatológica, área de hemossiderina, área de hepatócitos TUNEL-positivos e área proporcional ao colágeno, em especial para H. intermedius. As proteínas biomarcadoras avaliadas no fígado das espécies apresentaram características de resposta a estresse oxidativo e variações significativas quanto a suas expressões nos trechos impactados pelo rejeito minerário. Os resultados do presente estudo demonstram as alterações moleculares e os efeitos da bioacumulação e biomagnificação provenientes de metais pesados oriundos do rompimento da barragem do Fundão.