Forskare från Boston Children's Hospital i Massachusetts fann en fördubbling i oddsen för fetma när barnet var tre år.
Laget sa att förlossning med C-sektion kan påverka bakterier i tarmen, vilket i sin tur påverkar hur mat smältas.
I studien tittade man på 1 255 par mödrar och barn från 1999 till 2002.
Mödrarna anslöt sig till studien - publicerad i Arkiv of Disease in Childhood - före 22 veckors graviditet.
Deras barn mättes och vägdes vid födseln och detta upprepades vid tre års ålder.
Cirka en av fyra leveranser var kejsarsnittsfödsel och resterande var vaginal förlossning.
Teamet fann en koppling mellan kroppsmassa, hudtjocklek och hur ett barn föddes.
De fann också att mödrar som levererade med C-sektion tenderade att väga mer än de som levererade traditionellt - något som är känt för att påverka fetma.
Men forskarna sade en annan möjlig förklaring var skillnaden i sammansättningen av tarmbakterier som förvärvats vid födseln mellan de två leveransmetoderna.
De föreslog blivande mödrar som väljer kejsarsnitt bör göras medvetna om fetmarisken för sina barn.
I Storbritannien är bara drygt 23 procent av födslarna kejsarsnitt.
Patrick O'Brien, talesman för Royal College of Obstetricians and Gynekologists, sade: " Detta är en intressant studie, men liten. Det måste replikeras i ett större prov."
Spädbarn som levereras genom kejsarsnitt är dubbelt så sannolikt att bli överviktiga som de födda traditionellt, USA: s forskning föreslår.