Deras båt lämnade ett flyktingläger i Bangladesh för flera veckor sedan men drabbades av problem och drev planlöst i Indiska oceanen.
Nu har livstecknen från flyktingarna ombord upphört.
"Anhöriga har förlorat kontakten. De som senast hade kontakt befarar att alla är döda. Vi hoppas mot alla odds att så inte är fallet", skriver UNHCR på Twitter.
Båtflyktingarna var rohingyer, en muslimsk minoritetsgrupp som 2017 fördrevs av Myanmars armé i vad FN kallat "ett skolboksexempel på etnisk rensning". Omkring en miljon rohingyer bor nu i läger i Bangladesh, nära gränsen till Myanmar, under svåra förhållanden.
Många vill desperat lämna flyktinglägren och väljer att riskera allt när de går ombord på knappt sjödugliga fartyg med kurs mot Malaysia eller Indonesien.
Sedan tidigare befaras runt 200 rohingyer ha omkommit till havs under 2022, enligt UNHCR:s siffror.