Nước sơng Đồng Nai đoạn thượng nguồn có chất lượng cịn tương đối tốt, nhiều nơi nước có thể sử dụng để cấp cho sinh hoạt như hồ Trị An. Vào các tháng mùa mưa, nước có hàm lượng TSS, độ đục cao do thượng nguồn sơng Đồng Nai có lượng phù sa lớn và do xói mịn đất đá. Chất lượng nước sơng Đồng Nai có xu hướng giảm khi chảy qua địa phận TP Hồ Chí Minh, nhiều khu vực chất lượng nước chỉ đạt mức trung bình, đã ghi nhận nước sơng bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ và chất dinh dưỡng do tiếp nhận nước thải sinh hoạt đô thị, nước thải công nghiệp và hoạt động giao thông thủy.
Chất lượng nước ở đoạn thương lưu sơng Sài Gịn cịn khá tốt, tuy nhiên chất lượng nước giảm dần ở khu vực trung lưu và hạ lưu. Đoạn sơng chảy qua tỉnh Bình Dương và TP Hồ Chí Minh, chất lượng chỉ ở mức trung bình, nhiều khu vực cịn xấp xỉ ngưỡng mức chất lượng kém.
Tại hầu hết các khu vực cửa sông trên LVHTS Đồng Nai, chất lượng nước ở mức khá tốt. Tuy nhiên tại vị trí sơng Sồi Rạp, hợp lưu suối Cả - sơng Thị Vải và cảng Gị Dầu, tình trạng ơ nhiễm bởi các chất hữu cơ vẫn diễn ra thường xuyên. Đáng chú ý nhất là điểm hợp lưu suối Cả - sông Thị Vải, chất lượng nước bị suy giảm mạnh do chịu tác động bởi nước thải từ các trại chăn nuôi heo ở huyện Cảm Mỹ - Đồng Nai.
Trên sông Vàm cỏ và các phụ lưu, hầu hết các khu vực chất lượng nước chỉ đạt mức trung bình, một số nơi như cầu Bình Điền gần vị Trí nhà máy phân bón Bình Điền (Long An), cảng Phú Định nơi tàu phà qua lại đơng đúc và bến đị Tân Thanh chất lượng nước cịn bị suy giảm ở mức kém, thậm chí là ơ nhiễm nặng.
Trong giai đoạn 2013-2017, vấn đề ô nhiễm hữu cơ, chất dinh dưỡng, dầu mỡ và vi sinh vẫn diễn ra khá phổ biến. tương tự như một số LVS khác. LVHTS Đồng Nai bị ảnh hưởng lớn bởi hàm lượng TSS trong nước.
Hình 34: Tỷ lệ số giá trị vượt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (A2) của một số thông số trên LVHTS Đồng Nai giai đoạn 2013-
2017 1.3.3.12. Lưu vực sông Mê Công (Việt Nam)
Trong giai đoạn 2014-2018, chất lượng nước có xu hướng giảm trong các năm 2016-2017, đặc biệt là năm 2016, chất lượng có sự giảm sút đáng kể.