水污染防治工程是环境工程学的一个技术领域，同当地自然条件（地形、气象、河流、土壤性质等）、社会条件（城市、地区发展、工农业生产、人口密度、交通情况、经济生活、技术水平等）都有密切关系。因此，必须综合考虑各种污水的产生、水量和水质的控制、污水输送集中方式、污水处理方法及排放和回用要求、水体、土壤等自然净化能力进行全面规划，综合防治。从60年代开始发展起来的水系污染综合防治工程根据水系分布情况，分段分区研究其环境容量、自净规律，确定各区段的污染负荷，修建相应处理措施，控制污染源，包括修建区域性联合污水处理厂、调节水体水量和污染负荷。也可调引附近水系的水或修建曝气设施，以增加水体自净能力，改善水质。同时还应进行水系污染底质防治公车功能和农田、矿山等地面径流的污染防治工程，改进各种污水处理技术，提高处理效率，降低费用能耗，充分利用水资源，进行污水的循环回用等，沿着水污染综合防治继续不断发展。综合环境保护管理部门要求，对水环境污染物进行浓度控制和总量控制的综合规划是水污染防治工程的重要内容。

随着近代工商业的发展，城市人口密集，污水、污物增多，由于长期任意排放，导致城市及其附近水环境日趋恶化。19世纪欧洲一些大城市，因饮用水源遭到污染，曾多次造成霍乱、痢疾等传染病的流行。为了防止传染病的流行，开始进行污水处理。最初采用格栅截留、自然沉淀等处理方法，去除漂浮、悬浮和可沉淀物质。这些方法后来称为一级处理法（见污水一级处理）。随后又发明了生物滤池和活性污泥法等生物处理方法，在一级处理后实施，以除去可生物降解的有机物质，称为二级处理法（见污水二级处理）。

第二次世界大战后的30多年来，工业迅猛发展，工业废水的处理受到更大的重视，研究成功和实际应用了许多种有效的处理方法，如离子交换、汽提、溶剂萃取、蒸发浓缩、电解、膜分离、氧化还原、电泳、高梯度磁分离等，以及重金属和放射性废水处理后所形成浓缩产物的不溶性固化处理方法。根据各种工业废水的成分、性质和水量的不同，采用不同的处理方法（或称单元处理过程），分别去除不同的污染成分，使水达到排放或回用标准。

水环境还受到含有农药、化肥、有机物等的农田径流以及酸雨等的污染。因此水污染防治工程包括更为广泛的内容。