Do quá trình đô thị hóa trên địa bàn quận diễn ra nhanh chóng, tốc độ tăng dân số cao, đã gây áp lực lớn lên môi trường. Bên cạnh đó, việc bố trí bất hợp lý các xí nghiệp, nhà máy, cơ sở sản xuất công nghiệp, trung tâm công nghiệp xen lẫn các khu dân cư cũng làm cho tình trạng ô nhiễm môi trường tăng mạnh; đặc biệt các khu công nghiệp cũ với công nghệ máy móc lạc hậu, vừa hao tốn năng lượng và nguyên, nhiên liệu, vừa thải ra một lượng lớn phế thải vào môi trường.
Về môi trường nước mặt: Long Biên là quận duy nhất của Hà Nội có ba mặt giáp với hai sông lớn là sông Hồng, sông Đuống. Ngoài ra, còn có sông Cầu Bây và nhiều các mương thoát nước, cùng các hồ điều hòa như Tai Trâu, Công Viên, Cầu Tình, Sân Bay… nên diện tích nước mặt chiếm tỷ lệ khá lớn trong diện tích tự nhiên toàn quận. Với sông Hồng, sông Đuống và các hồ đóng góp rất quan trọng vào việc điều hòa khí hậu của quận. Những năm gần đây chất lượng môi trường nước ở các hồ nói chung có xu hướng ngày càng giảm sút do xâm lấn và tình trạng nguồn nước thải không qua xử lý trực tiếp đổ vào hồ, vượt quá khả năng tự điều hòa của các hồ. Các sông, hồ và kênh đang tiếp nhận một
lượng lớn rác thải sinh hoạt của người dân xung quanh, điều này không những làm giảm khả năng điều hòa không khí mà còn gây ô nhiễm môi trường xung quanh.
Ô nhiễm nước thải: Quận Long Biên chưa có hệ thống thoát nước bẩn riêng mà thoát chung với nước mưa. Nhiều tuyến phố chưa có hệ thống thoát nước hoặc hệ thống này đã quá cũ, không được nạo vét định kỳ nên ít phát huy tác dụng. Theo kết quả kiểm tra số điểm ngập úng thường xuyên của quận là 28 điểm, xảy ra ở cả 14/14 phường trên địa bàn. Do hiện tượng này, nhiều điểm nước cống ở dưới dồn lên gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đặc biệt nguồn nước thải từ các bệnh viện chứa nhiều chất bẩn và độc hại, hàm lượng chất hữu cơ BoD5 cao, chứa nhiều vi trùng gây bệnh. Hầu hết nước thải của hai bệnh viện, trung tâm y tế Hàng Không và các trạm y tế, phòng khám đều không quả xử lý, xả trực tiếp vào cống thoát nước, sau đó xảy ra sông, hồ. Đây là nguồn gây bệnh rất nguy hiểm. Bên cạnh đó là nước thải của trên 500 nhà nghỉ, khách sạn và hàng trăm cơ sở sản xuất trung tâm công nghiệp quy mô nhỏ thuộc sở hữu tư nhân, đổ ra một khối lượng nước thải khá lớn; nhiều xí nghiệp có chất thải độc hại cao xả trực tiếp vào hệ thống cống chung của quận sau đó được đưa vào sông Hồng và các sông, hồ khác.
Nước thải công nghiệp được đánh giá là vấn đề bức xúc nhất hiện nay, trong đó nước thải từ khu nhà máy xe lửa Gia Lâm, kho xăng dầu của Công ty Xăng dầu khu vực 1…được đánh giá là gây ô nhiễm rất lớn, nhưng vẫn chưa có giải pháp hữu hiệu. Riêng nước thải khu công nghiệp Sài Đồng B, mặc dù chưa có đánh giá chính thức nhưng nguồn nước thải ở đây có thể mang theo các chất độc rất nguy nhiểm như: thủy ngân, phóng xạ… cần phải được nghiên cứu, đánh giá một cách chính xác, toàn diện.
Nguyên nhân của tình trạng trên là hầu hết các hộ sản xuất công nghiệp cá thể và một số doanh nghiệp chưa có ý thức chấp hành các quy định về môi trường, chưa quan tâm đến đầu tư lắp đặt hệ thống xử lý nước thải trước khi thải ra hệ thống chung. Các khu công nghiệp tập trung vẫn chưa có hệ thống xử lý chất thải đồng bộ, kể cả khu công nghiệp Sài Đồng. Một số doanh nghiệp tự thiết kế hệ thống xử lý chất thải, nhưng thiếu sự liên kết với các doanh nghiệp khác. Các doanh nghiệp khu công nghiệp Đức Giang có quy mô khá lớn
như may Đức Giang, gạch Thạch Bàn nhưng chưa có hệ thống xử lý chất thải hoặc hệ thống được thiết kế quá sơ sài, không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật.
Về môi trường không khí: Theo kết quả nghiên cứu của đề tài khoa học cấp thành phố: "Thực trạng và các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí tại các khu vực tập trung công nghiệp ở nội thành", thì nồng độ các chất gây ô nhiễm không khí chủ yếu như CO2, SO2, NO2, nồng độ bụi lơ lửng (TSP) ngoài trời ở Hà Nội đều cao hơn so với tiêu chuẩn Việt Nam tới 3-4 lần. Cụ thể theo tiêu chuẩn của Việt Nam, thành phần bụi trong không khí không được quá 0,2mg/ m3, nhưng thực tế thì nồng độ bụi tại các quận Đống Đa và Long Biên là 0,8mg/ m3, Hoàng Mai: 0,72mg/ m3, Ba Đình và Hoàn Kiếm đều hơn 0,52mg/ m3. Từ đó có thể thấy, mức độ ô nhiễm không khí về bụi đang ở mức rất cao, nồng độ bụi trung bình trên địa bàn Quận gấp 4 lần mức độ cho phép, cao nhất trong số các quận nội thành và gấp trên 1,5 lần so với các quận Hoàn Kiếm, Ba Đình (nồng độ 0,52 mg/ m3).
Nguyên nhân chính của tình trạng ô nhiễm bụi hiện nay trên địa bàn là do các xe vận chuyển vật liệu xây dựng như đất thải, cát, xi măng, vôi…không đúng quy cách, bùn đất bám ở lốp, thành xe trở thành nguồn phát tán bụi. Thêm vào đó, các tụ điểm buôn bán vật liệu xây dựng không đủ điều kiện kinh doanh đảm bảo vệ sinh môi trường, không che chắn vật liệu và thường xuyên sử dụng lòng đường, vỉa hè làm nơi tập kết, vận chuyển và bốc dỡ cũng là tác nhân gây bụi trong quận. Tình trạng ô nhiễm bụi, không khí diễn ra rất bức xúc ở các tuyến đường Ngô Gia Tự thuộc đoạn quốc lộ 1 từ ngã ba Cầu Chui đến chân Cầu Đuống. Hàng ngày, đoạn đường này luôn bị ô nhiễm nặng vì bụi đất do các xe tải chở vật liệu xây dựng rời (cát đen) từ phía sông Hồng đi về khu đô thị mới Việt Hưng không che chắn để cát rơi xuống mặt đường. Việc phát triển và giữ gìn cây xanh không được quan tâm đúng mức, diện tích cây xanh bình quân đầu người trên địa bàn ngày càng giảm do mật độ xây dựng và mật độ dân số ngày càng gia tăng. Trong khi diện tích công viên, vườn hoa và thể dục thể thao của các nước phát triển từ 15 - 20 m2/người thì chỉ tiêu này ở khu vực nội thị Hà Nội bình quân chỉ có 1,26 m2/người. Đây cũng là nguyên nhân quan trọng của tình trạng ô nhiễm không khí.
Để giữ gìn môi trường, Xí nghiệp Môi trường đô thị tổ chức thu gom vận chuyển và xử lý rác thải ở 4 phường Ngọc Lâm, Bồ Đề, Đức Giang, Sài Đồng. Hiện nay, đã có trên 90% rác thải sinh hoạt của nhân dân, các cơ quan, xí nghiệp, đơn vị, trường học… trên địa bàn này được thu gom và vận chuyển đi, nhưng còn nhiều hộ gia đình, cơ quan, cơ sở sản xuất nhỏ vẫn đổ rác ra hồ, ao, thùng đấu, mương thoát nước, chân đê và những nơi công cộng khác gây ảnh hưởng đến vệ sinh môi trường đô thị, cảnh quan đường phố. Phần còn lại được thu gom bởi những người thu gom đồng nát nhằm tái chế hoặc được thu gom qua các kỳ tổng vệ sinh.
Đối với các phường còn lại, do không có người thu gom gây mất vệ sinh trong các làng xóm, ủy ban nhân dân huyện Gia Lâm trước kia đã chủ trương xây dựng làng xã xanh - sạch - đẹp với mô hình tổ vệ sinh tự quản tại các địa phương, với hoạt động đặc trưng cơ bản là tự tổ chức thu gom và đổ phế thải ngay trên địa bàn phường. Kinh phí chi trả cho vệ sinh viên từ nguồn thu phí vệ sinh, tuy đã phát huy được kết quả bước đầu nhưng vẫn còn nhiều bất cập chưa được xử lý, đó là chưa cho điểm chôn lấp, xử lý rác thải, chưa có biện pháp xử lý đảm bảo vệ sinh môi trường. Người thu gom rác phần lớn có trình độ văn hóa thấp, không có người quản lý trực tiếp và không phải là lao động chuyên nghiệp nên đôi khi còn đổ rác đã thu gom vào chân đề, các ao gây ô nhiễm.
Đánh giá chung mức độ ô nhiễm của quận Long Biên được xếp vào loại trung bình của thành phố. So với quận Hai Bà Trưng, Thanh Xuân, Đống Đa, chất lượng môi trường Long Biên vẫn được xếp ở mức khá hơn, nhưng nếu so với các quận: Ba Đình, Tây Hồ, Cầu Giấy thì chất lượng môi trường Long Biên kém hơn. Mức độ ô nhiễm trong những năm gần đây có xu hướng tăng lên, cụ thể môi trường nước mặt của quận (gồm nước sông Đuống, sông Hồng và các hồ điều hòa) được đánh giá vào loại ô nhiễm nhẹ. Tình trạng ô nhiễm nước thải ở nhiều địa điểm là khá nặng. Chất lượng nước ngầm còn khá tốt nhưng đang có chiều hướng ô nhiễm vượt giới hạn cho phép nhiều lần, nhất là ở các khu vực có mật độ giao thông cao; các công trình xây dựng và các khu công nghiệp cũ. Đặc biệt, tình trạng ô nhiễm khói bụi trên địa bàn quận đang ở mức rất cao so với tiêu chuẩn và thuộc nhóm ô nhiễm bụi cao nhất thành phố. Về rác thải, tuy chưa ở mức trầm trọng nhưng vấn đề
rác thải đang được đặt ra cấp bách do khối lượng rác thải ngày càng gia tăng trong khi hiệu quả thực tế của việc thu gom, xử lý rác thải còn kém hiệu quả, chưa mang tính bền vững.