Cũng như một số địa bạn khác trong khu vực Hà Nội, quận Hoàng Mai cũng đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí.
Theo kết quả quan trắc đáng tin cậy nhất những năm gần đây tại trạm khí tượng Láng (trung tâm khí tượng thuỷ văn đồng bằng Bắc Bộ), hàm lượng khí vượt tiêu chuẩn quy định ở mức 50microgram/m3. Đối với 4 chất khí còn lại là SO2, NO2, O3, CO chưa vượt tiêu chuẩn Việt Nam nhưng SO2 vượt tiêu chuẩn EU 20 microgram/m3. Lượng bụi ở Hà Nội luôn vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,7-2,2 lần, còn các khí còn lại ở mức xấp xỉ tiêu chuẩn cho phép. Chính vì thế nhiều người dân ở Hà Nội bị mắc các bệnh về đường hô hấp, tỉ lệ hộ mắc bệnh ở Hà Nội là 72,6%. Trong đó, hộ có người mắc bệnh mạn tính chiếm 43%, cao nhất là ở quận Hoàng Mai, thấp nhất là quận Tây Hồ.
Quận Hoàng Mai có tỷ lệ mắc triệu chứng tắc mũi, chảy nước mũi, viêm họng cao nhất, thấp nhất là quận Hoàn Kiếm. Các bệnh về da liễu và mắt, quận Đống Đa mắc tỷ lệ cao nhất, tiếp đến là quận Hoàng Mai, Thanh Xuân, Hoàn Kiếm, Tây Hồ. Quận Hoàng Mai cũng đứng đầu bảng về tỷ lệ hộ gia đình cao nhất có người phải nằm viện hoặc nghỉ việc để điều trị bệnh do ô nhiễm không khí (ÔNKK). Theo bác sỹ Bùi Công Đức, một trong các tác giả nghiên cứu đề tài trên, chi phí khám chữa bệnh bình quân theo hộ gia đình trong năm qua từ 1.200.000 - 2.200.000 đồng. Chi phí này ở các quận Hoàn Kiếm, Đống Đa, Tây Hồ là tương đương, còn ở quận Hoàng Mai và quận Thanh Xuân thì cao hơn.
Hơn nữa, sau khi thành lập một số quận mới thì các cụm công nghiệp lại ở ngay trung tâm quận mới, như quận Hoàng Mai. Các khu công nghiệp này cũng gây ảnh hưởng đến môi trường không khí của quận. Quận cũng đang trong quá trình quy hoạch nhà ở, các khu đô thị và cơ sở hạ tầng nên gây ô nhiễm không khí.