El algoritmo k-NN puede utilizarse también en escenarios de regresión: Una vez identificados los k vecinos de cada punto, en lugar de considerar su clase y establecer un sistema de votación, se considerará el valor que toma la etiqueta para cada uno de ellos y se devolverá como predicción el valor medio de dichos valores.
Scikit-Learn implementa este algoritmo en la clase KNeighborsRegressor de la librería sklearn.neighbors.
Al igual que ocurre con su equivalente para escenarios de clasificación, es posible escoger los pesos a aplicar a los valores extraídos de los vecinos, el algoritmo a usar para identificar los k vecinos y la métrica de distancia.