Pencemaran air ialah perubahan yang berlaku kepada air dari segi kandungan atau warna serta sifat-sifat kimia yang disebabkan oleh pelbagai bahan pencemar dalam pelbagai bentuk seperti pepejal, cecair dan gas. Ia merujuk kepada pencemaran jasad air (mis. tasik, sungai, lautan, akuifer dan air bawah tanah), biasanya akibat kegiatan manusia. Dalam banyak kes, pencemaran air disebabkan oleh pembuangan air kumbahan kepada . Pencemaran air boleh menyebabkan kemusnahan ekosistem akuatik. Sebaliknya, ini boleh membawa kepada masalah kesihatan awam, contohnya jika orang di hilir menggunakan air sungai yang tercemar yang sama untuk minum atau mandi. Ia juga boleh menjejaskan penggunaan air yang lain, seperti aktiviti pengairan.
Pencemaran air mempengaruhi seluruh biosfera tumbuhan dan organisma yang hidup di dalam jasad air tersebut, serta organisma dan tumbuhan yang mungkin terdedah kepada airnya. Kesannya boleh merosakkan bukan sahaja kepada spesies individu, tetapi juga kepada komuniti biologi semula jadi.
Sumber-sumber pencemaran air boleh dikumpulkan dalam sumber-sumber titik, sumber-sumber bukan titik (meresap) dan pencemaran air bawah tanah. Bahan pencemar yang membawa kepada pencemaran air termasuk spektrum bahan kimia, patogen, dan perubahan fizikal yang meluas seperti suhu tinggi.
Pengukuran pencemaran air dijalankan dengan menganalisis sampel air dengan ujian fizikal, kimia dan biologi. Kawalan pencemaran air boleh dicapai dengan rawatan air sisa yang sesuai (ini termasuk rawatan air sisa kumbahan dan perindustrian), menyediakan perkhidmatan sanitasi yang dikendalikan dengan selamat untuk orang yang tidak mempunyai akses, rawatan air sisa pertanian, hakisan dan kawalan sedimen dari tapak pembinaan, dan mengawal air larian bandar (air hujan).
