Barnen, mellan tre och sju år, kördes till sin förskola i staden Weihai när bussen brann i en tunnel.
Föraren var arg över att hans övertid och nattskiftslön hade skurits ned, berättade polisen för Xinhua nyhetsbyrå.
Barnens lärare och chauffören dödades också.
Branden började på bussgolvet nära förarsätet. En del av en tändare upptäcktes i närheten och bensinspår hittades på bussen, sade Xinhua.
Elfel och trafikolyckor hade uteslutits som möjliga orsaker, sade polisen.
En brand på en buss i Kina som dödade fem sydkoreanska och sex kinesiska barn startades avsiktligt av föraren, säger kinesiska statliga medier.