Tác dụng phụ tiêu cực của quá trình phát triển công nghiệp nhanh của Trung Quốc là sự gia tăng tình trạng ô nhiễm. Một báo cáo năm 1998 của Tổ chức Y tế Thế giới về chất lượng không khí ở 272 thành phố trên thế giới đã kết luận rằng 7/10 thành phố ô nhiễm nhất nằm ở Trung Quốc. Theo đánh giá riêng của Trung Quốc, 2/3 trong số 338 thành phố có số liệu về chất lượng không khí được coi là bị ô nhiễm, 2/3 trong số đó ô nhiễm vừa phải hay nghiêm trọng. Các bệnh đường hô hấp và bệnh tim liên quan đến ô nhiễm không khí là những nguyên nhân hàng đầu gây ra tử vong ở Trung Quốc. Hầu như tất cả các dòng sông của quốc gia này đều bị ô nhiễm ở các mức độ khác nhau, và một nửa dân số thiếu nước sạch. 90% các vùng nước ở đô thị bị ô nhiễm nghiêm trọng. Khan hiếm nước cũng là một vấn đề; ví dụ sự khan hiếm nước gay gắt ở miền Bắc Trung Quốc đã buộc chính quyền lập một kế hoạch chuyển nước quy mô lớn lấy nước từ sông Dương Tử đến các thành phố phía Bắc, bao gồm Bắc Kinh và Thiên Tân. Mưa axít rơi trên 30% lãnh thổ Trung Quốc. Nhiều nghiên cứu ước tính ô nhiễm làm nền kinh tế Trung Quốc tốn khoảng 7% GDP mỗi năm.

Các nhà lãnh đạo Cộng sản Trung Quốc đang ngày càng chú ý đến các vấn đề môi trường nghiêm trọng của quốc gia. Tháng 3 năm 1998, Cục Bảo vệ Môi trường Nhà nước (SEPA) đã được chính thức nâng cấp thành một cơ quan ngang bộ, phản ánh tầm quan trọng gia tăng mà chính quyền Trung Quốc đặt ra cho công tác bảo vệ môi trường. Đầu năm 2007, SEPA đã thông báo có 82 dự án với tổng mức đầu tư hơn 112 tỷ Nhân dân tệ bị phát hiện vi phạm nghiêm trọng luật đánh giá tác động môi trường và các quy định về sự đồng bộ của các biện pháp an toàn và sức khỏe trong thiết kế dự án.[43]

Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã củng cố các quy định pháp luật về môi trường và đạt một số tiến bộ bước đầu trong việc ngăn chặn sự xuống cấp của môi trường. Năm 1999, Trung Quốc đã đầu tư hơn 1% GDP cho công tác bảo vệ môi trường, một tỷ lệ có khả năng tăng trong những năm tới. Trong kế hoạch 5 năm lần thứ 10, Trung Quốc dự kiến giảm mức xả chất thải 10%. Đặc biệt Bắc Kinh đã đầu tư nhiều cho công tác kiểm soát ô nhiễm như một phần của chiến dịch thành công để giành được quyền đăng cai Thế vận hội năm 2008.

Trung Quốc là một thành viên tham gia tích cực trong các hội thảo về thay đổi khí hậu và các cuộc thảo luận về môi trường khác. Đây là quốc gia đã ký vào Công ước Basel quy định việc vận chuyển và thải rác thải nguy hiểm và ký vào Nghị định thư Montreal về các chất gây thủng tầng Ôzôn cũng như Công ước về Buôn bán quốc tế các loài động thực vật hoang dã và các hiệp định môi trường lớn khác.

Chất vấn về các tác động môi trường liên quan đến dự án đập Tam Hiệp đã gây nên tranh cãi giữa các nhà môi trường trong và ngoài nước. Các phê phán cho rằng sự xói mòn và lắng bùn của sông Dương Tử đe dọa nhiều loài đang nguy cấp, còn các quan chức Trung Quốc cho rằng điện do nhà máy thủy điện này phát ra sẽ khiến cho khu vực giảm sự phụ thuộc vào than đá, do đó giảm ô nhiễm không khí.

Diễn đàn Mỹ-Trung về Môi trường và Phát triển, do Phó tổng thống Hoa Kỳ và Thủ tướng Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa đồng chủ tịch, là một phương tiện chính cho một chương trình hợp tác môi trường tích cực song phương kể từ khi bắt đầu vào năm 1997. Dù các thành tựu của diễn đàn được hai bên coi là khả quan, Trung Quốc luôn cho rằng chương trình của Hoa Kỳ là thiếu yếu tố viện trợ nước ngoài so với các chương trình của Nhật Bản và nhiều quốc gia Liên minh châu Âu có mức viện trợ hào phóng.