Ostrava je odkanalizována kanalizací pro veřejnou potřebu a v okrajových a částečně i vnitřních částech města pak bezodtokovými systémy s žumpami nebo domovními čistírnami odpadních vod, které ústí do vodních toků nebo do vod podzemních.
S výstavbou jednotné kanalizace, která měla být v nejnižším místě zakončena čistírnou odpadních vod, se začalo teprve v roce 1928. Práce byly přerušeny v roce 1940 válkou. V poválečném období byla výstavba kanalizace zaměřena pouze na nově budovaná sídliště. Tak vznikly dočasné samostatné kanalizační systémy i s čištěním odpadních vod v ČOV Poruba, ČOV Zábřeh a ČOV Třebovice. Sídliště jsou nyní propojena se sběračem D, který přivádí odpadní vody do Ústřední čistírny odpadních vod v Ostravě-Přívoze (ÚČOV) a tyto tři čistírny jsou už mimo provoz.
Koncepce takzvané Soustavné kanalizace města Ostravy (SKO) se začala realizovat v roce 1959. SKO v současné době tvoří největší kanalizační systém na území města. Je zakončen v ÚČOV uvedené do provozu v roce 1967. V osmdesátých letech se kanalizační síť dále rozšířila a začala se připravovat výstavba nové ústřední čistírny odpadních vod. Tím byla na území města vytvořena koncepce jednotného systému odkanalizování územní aglomerace. Nová Ústřední čistírna odpadních vod v Ostravě-Přívoze byla uvedena do provozu v roce 1996.
Většinu kanalizační sítě ve městě provozuje společnost OVAK. Tato stoková soustava odvádějící odpadní vody od obyvatelstva i podnikatelských subjektů zahrnuje 854 kilometrů kanalizačního potrubí. Jednotná kanalizace je dlouhá 726 kilometrů, splašková oddílná kanalizace 73 kilometrů a dešťová oddílná kanalizace 55 kilometrů. Na území města je provozováno několik kanalizačních systémů s čištěním odpadních vod v ČOV nebo s odváděním odpadních vod přímo do recipientu. Na kanalizační síť je napojeno 288 680 obyvatel.
Čištění odpadních vod zajišťuje rozšířená mechanicko-biologická Ústřední čistírna odpadních vod v Ostravě-Přívoze, do které jsou přiváděny odpadní vody od obyvatelstva i z průmyslu z části Slezské Ostravy, Muglinova, Kunčic, Kunčiček, Přívozu, Moravské Ostravy, Vítkovic, Mariánských Hor a Hulvák, Nové Vsi, Polanky, Proskovic, Zábřehu, Hrabové, Výškovic, Hrabůvky, Dubiny, Bělského Lesa, Nové a Staré Bělé, Hošťálkovic, Lhotky, Petřkovic, Martinova, Poruby, Pustkovce, Plesné, Třebovic a Svinova a rovněž odpadní vody z části Vratimova a Klimkovic. Na území města jsou dále čtyři čistírny odpadních vod, které provozuje společnost OVAK: ČOV Heřmanice 1, Heřmanice 2, Michálkovice a Vítkovice.
Těchto pět čistíren odpadních vod, které spravují OVAK, vyčistilo v roce 2009 celkem 34,74 milionu m3 odpadních vod, v roce 2010 to bylo 40,998 milionu m3. V roce 2011 došlo k poklesu na 34,732 milionu m3 odpadních vod a v roce 2012 na 32,063 milionu m3.
Při čištění odpadních vod jsou produkovány kaly – například v roce 2012 to bylo 7186 tun kalové sušiny.