Экологическая ситуация в Волгограде характеризуется высоким уровнем загрязнения атмосферы: главным источником выступает автотранспорт (60–80 % выбросов), а среди промышленности — металлургия, химия и топливная отрасль. Город входит в список российских городов с высоким загрязнением воздуха, при этом наибольшие выбросы фиксируются в Красноармейском районе, а самый высокий индекс загрязнения — в Краснооктябрьском из-за металлургического завода; в воздухе превышены концентрации оксидов азота, формальдегида и фенола. Воды Волги также страдают: ежегодно сбрасывается более 155 млн м³ сточных вод, 98 % которых поступает от ЖКХ, а очистные сооружения на острове Голодном не справляются с очисткой — превышены нормы по азоту, взвешенным веществам, меди, цинку и фосфатам. Значительная часть территории города и соседнего Волжского покрыта строительными и промышленными отвалами, включая нерекультивированные хвостохранилища толщиной до 8 метров, что угрожает почвам и гидроресурсам; по неподтверждённым данным, их появление связывают с политическими мотивами властей. Дополнительно жители страдают от шумового загрязнения (в основном от транспорта) и светового загрязнения, влияющего на сон, а радиоактивная обстановка требует отдельного контроля.