城市污水包括生活污水、工業廢水和徑流污水等，由城市排水管網彙集並輸送到汙水處理廠進行處理。
城市污水的污染，一般經歷三個歷史時期：病源污染期、總體污染期和新污染期。在病源污染期，城市污水主要是生活污水。由於污水中含有病菌和病毒，污水排入水體後往往會傳染疾病。在總體污染期，隨著工業的發展和人口的集中，城市污水量及所含的污染物種類不斷增加。污水排入水體後，造成水體中懸浮物數量和生化需氧量越來越高，水體缺氧，水生生物滅絕。在新新污染期，由於工業的高度發展，污水所含的污染物種類更加復雜。工業廢水已日益成為城市污水處理中的主要對象。
工業廢水包括生產污水和冷卻水。這兩種廢水性質截然不同。冷卻水要由工廠回收循環使用，一般不應排入城市排水管網。生產污水首先應由工廠綜合利用，盡量減少排出量。生產污水中含有損害管道、妨礙城市污水處理工藝以及影響處理後的污水和污泥利用的污染物，工廠應進行預處理，水質達到排放標準後再排入城市排水管網。
城市排水管網 一般可分三種：①分流制──在城市中設兩套獨立的排水管網，分別排泄污水和徑流雨水。②合流制──在城市中設一套排水管網排泄污水和徑流雨水。③半分流制──在城市中設一套排水管網，同時沿河湖設污水截流幹管，平時接納污水，下雨時，通過截流幹管上的溢流裝置，把過量的徑流雨水泄入水體。
為瞭便於污水的處理和利用，原有一些老城市的合流制排水管網紛紛改建為分流制或半分流制。新城市一般采用分流制，為節約建設費用，在非繁華區，可采用明渠排泄雨水。
處理工藝 城市污水的處理涉及很多方面。必須對下水道體制，污水處理廠的位置和處理工藝、處理後的污水的利用等等，進行綜合規劃。
城市污水處理工藝，應因地制宜采用多種形式，要根據城市污水的利用或排放去向同時考慮水體的自然凈化以及污水在利用過程中的凈化作用，確定廢水的處理程度及相應的處理工藝。處理後的污水，無論用於工業、農業或回灌地下，均須符合國傢頒發的有關水質標準和法令。在缺水地區，應把污水當作資源利用。
城市污水處理分為三個級別，稱為污水一級處理、污水二級處理、污水三級處理。一級處理應用物理處理方法，即用格柵、沉砂池、沉淀池等構築物，去除污水中不溶解的污染物和寄生蟲卵。二級處理應用生物處理方法，即主要通過微生物的代謝作用進行物質轉化的過程，將污水中各種復雜的有機物氧化降解為簡單的物質。生物處理對污水水質、水溫、供氧量、pH值等都有一定的要求。三級處理是用生物化學 (硝化-反硝化)法、堿化吹脫法或離子交換法除氮，用化學沉淀法除磷，用臭氧氧化法、活性炭法或超過濾法去除難降解有機物，用反滲透法去除鹽類，用氯化法消毒等單元過程的一種或幾種組成的污水處理工藝。
工業發達國傢的城市污水處理開始較早，一般以一級處理為預處理，二級處理為主體，三級處理很少使用。這些國傢都在努力普及二級處理，污水處理廠的規模越建越大，正向工藝操作自動化方向發展。