Экологическая ситуация в Московской области тяжёлая; загрязнены как районы, прилегающие к Москве, так и промышленные районы востока и юго-востока области. Наибольшую экологическую опасность представляют сточные воды промышленных и животноводческих предприятий; выбросы предприятий энергетики (Каширской и Шатурской ГРЭС и др.); базы захоронения бытовых и промышленных отходов (в ближайших к столице районах) – например, крупнейшая в Европе Тимоховская свалка; стареющие военные и особенно аэродромные топливохранилища и топливопроводы; хранилище ядерных отходов (в Сергиево-Посадском районе).
Наблюдения в 2007 году показали, что наиболее высокий уровень атмосферного загрязнения отмечается в Воскресенске, Клину, повышенный – в Дзержинском, Коломне, Мытищах, Подольске, Серпухове, Щёлкове и Электростали, низкий – в Приокско-Террасном биосферном заповеднике. Специфическими примесями, вносящими существенный вклад в общий фон атмосферного загрязнения, являются: для Москвы – формальдегид и фенол, для Воскресенска – аммиак и фторид водорода, для Клина, Коломны, Мытищ и Подольска – формальдегид, Серпухова – фенол. По выбросам загрязняющих веществ в атмосферный воздух, отходящих от твёрдых источников (2010 – 205 тыс. т), область с начала 2000-х годов занимает второе место по Центральному федеральному округу (после Липецкой области). Наибольшее загрязнение поверхностных вод отмечено в центре и на востоке области, особенно сильно загрязнены реки Москва, Ока, Клязьма. По объёму сброса загрязнённых сточных вод в поверхностные водные объекты Московская область стабильно занимает второе место в ЦФО после Москвы (1990 – 770 млн. м3, 2010 – 1309 млн. м3). Почвы Московской области сильно загрязнены минеральными удобрениями и ядохимикатами, а также бытовыми и производственными отходами, мусором. Особенно велика степень загрязнения почв в пригородной зоне Москвы, а также на востоке (в Орехово-Зуевском и Ногинском районах) и юго-востоке области (в Воскресенском районе).
На территории Московской области размещается большой объём твёрдых бытовых отходов (ТБО). За год на полигонах области появляется около 10 млн. тонн новых отходов (20 % всех отходов России). По оценке Министерства экономики Московской области, среднегодовой прирост объёмов образования отходов достигает 6 %. В конце 2012 года Росприроднадзор выявил в Московской области 1283 места несанкционированного размещения ТБО общей площадью 317 гектаров. С целью сокращения объёма захороняемых на полигонах отходов в Московской области вводятся современные мусоросортировочные комплексы.
Одно из крупнейших экологических мероприятий, проводимых в Московской области, – обводнение торфяников. На эту программу, реализуемую с 2010 года, предполагается выделить свыше 4 млрд. рублей; наибольшее число обводняемых участков располагается в Шатурском и Дмитровском районах. После 2010 года, одного из рекордных по количеству торфяных пожаров (тогда в Московской области было зарегистрировано 1318 торфяных пожаров, охвативших площадь в 1276 га), в области реализован большой комплекс профилактических и противопожарных мероприятий.