Den populära Smart Sheriff app har sårbarheter som kan läcka barns personuppgifter eller låta telefonen hackas, säger studien.
Appens utvecklare säger att det sedan dess har tagit upp några av de frågor som tas upp i rapporten, även om detta inte har verifierats självständigt.
Sydkorea gav i april i uppdrag att alla barntelefoner måste övervakas.
Alla under 19 som köper en smartphone måste installera en app som kan filtrera och blockera skadligt innehåll.
Rapporten från University of Toronto är baserad på två separata säkerhetsrevisioner, en utförd av forskare vid Citizen Lab med universitetets Munk School of Global Affairs, och den andra av revisionsbolaget Cure53.
Smart Sheriff utvecklades av ett konsortium av telekommunikationsföretag som kallas Korean Mobile Internet Business Association (Moiba). Den har laddats ner av hundratusentals användare i Sydkorea.
Appen gör det möjligt för föräldrar att styra apparna på sitt barns mobiltelefon, samt schema när telefonen kan användas. Den kan också varna föräldrar när den upptäcker utlösande ord som "döda", "våldtäkt" och "självmord", enligt tidigare nyhetsrapporter.
I den nya rapporten konstaterades dock att barns personliga detaljer och webbaktiviteter inte var säkra på appen, föräldrarnas begränsningar kunde lätt inaktiveras och Smart Sheriffens design och infrastruktur var otillräckligt skyddad.
Rapporten sade att detta kan "tillåta barn att kringgå föräldraskydd, tillåta skadliga angripare att störa åtkomsten till varje användares enhet, och störa driften av tjänsten".
"Detta fall visar exakt hur goda intentioner kan sluta allvarligt fel â € en regering främjas föräldrar övervakning ansökan faktiskt sätta barn på större, snarare än mindre, risk för skada," sade Citizen Lab direktör Ron Deibert.
Nyhetsbyrån AP citerade den oberoende forskaren Collin Anderson, som arbetade med Citizen Lab på rapporten, som sade: "Smart Sheriff är den typ av barnvakt som lämnar dörrarna olåsta och kastar en fest där alla är inbjudna."
Citizen Lab sa att det hade informerat Moiba om sårbarheterna. Moiba har sedan släppt uppdateringar, senast den 25 augusti, för att fixa de frågor som tagits upp. Forskarna sade dock att de ännu inte självständigt hade kontrollerat om alla sårbarheter hade åtgärdats.
BBC: s samtal till Moiba på måndagen besvarades inte.
Införandet av lagen om övervakning av barn i april gav upphov till en del kontroverser, och kritiker gav upphov till oro för privatlivet.
En telefonapp för barnövervakning som finansieras av den sydkoreanska regeringen har stora säkerhetsbrister, sägs det i en ny rapport.