Tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh nhất tại các nước đang phát triển, nơi mà cứ mỗi tháng lại có thêm 5 triệu người đến sinh sống tại các đô thị. Ở châu Phi và châu Á, dân số đô thị sẽ tăng gấp đôi từ năm 2000 đến năm 2030. Trong các thập kỷ tiếp theo, khoảng 95% tăng trưởng dân số đô thị sẽ tập trung ở các nước đang phát triển.

 Quá trình đô thị hóa đặt ra những thách thức to lớn đối với công tác quản lý tài nguyên nước, cấp nước, vệ sinh, hệ sinh thái và môi trường trong đó mối quan hệ giữa nguồn nước và đô thị là rất mật thiết. Các đô thị với nhu cầu không gian, nhu cầu nước, lương thực cũng như lượng sản sinh nước thải, chất thải rất lớn của mình đang tạo ra những sức ép ngày càng gia tăng tới hệ thống các nguồn nước và hệ sinh thái thủy sinh. Các hệ lụy và tác động qua lại này không chỉ giới hạn trong phạm vi đô thị mà bao trùm cả vùng nông thôn liền kề, đặc biệt là không gian chuyển tiếp giữa hai vùng - hay mối giao thoa giữa đô thị và nông thôn. Các vấn đề này trở nên trầm trọng hơn ở những đô thị có mức độ dễ bị tổn thương cao trước các tác động của biến đổi khí hậu và thiên tai. Quá trình đô thị hóa sẽ không thể bền vững nếu không có những giải pháp hữu hiệu để đối phó với các thách thức này.

 Ở Việt Nam, quá trình đô thị hóa đang diễn ra hết sức mạnh mẽ. Năm 2009, cả nước có 747 đô thị từ loại 5 trở lên và cứ trung bình hơn một tháng lại có thêm một đô thị mới ra đời. Dự báo trong vài thập kỷ tới, Việt Nam sẽ trở thành quốc gia có nền kinh tế đô thị.
Tuy nhiên, việc lồng ghép quản lý môi trường, sinh thái và tài nguyên thiên nhiên (trong đó đặc biệt là tài nguyên nước (TNN) vào quy hoạch phát triển đô thị chưa được chú trọng. Hệ quả là sự xuống cấp về môi trường đô thị giống như tình trạng ở rất nhiều quốc gia có thu nhập trung bình khác trên thế giới. Do điều kiện tự nhiên và sự gia tăng dân số, tính sẵn có của các nguồn tài nguyên thiên nhiên (đặc biệt là TNN) không theo kịp sự phát triển. Thách thức này trở nên lớn hơn khi đặt trong bối cảnh tác động của biến đổi khí hậu và tốc độ đô thị hóa cao. 
Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, nguyên nhân dẫn đến sự suy thoái tài nguyên nước tại các đô thị của Việt Nam là do sự gia tăng dân số, dẫn đến nhu cầu nước tăng; tốc độ đô thị hóa nhanh dẫn đến tình trạng suy thoái nguồn nước dưới đất;nhận thức về trách nhiệm bảo vệ tài nguyên nước nói chung, tài nguyên nước dưới đất nói riêng của các cán bộ, các cấp chính quyền và cộng đồng còn thấp như hầu hết quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, quy hoạch đô thị... chưa có sự lồng ghép quy hoạch bảo vệ tài nguyên nước, chưa hình thành ý thức tiết kiệm nước.

 Bộ Tài nguyên và Môi trường cũng đưa ra 9 thách thức chính trong quản lý nước và tài nguyên nước trong bối cảnh đô thị hóa gồm: Khai thác quá mức nguồn nước; Ô nhiễm nguồn nước và hệ sinh thái thủy sinh; Nghèo đói và sinh kế; Sức khỏe vàbệnh tật; Lũ lụt và hạn hán; Khan hiếm nước; Biến đổi khí hậu;  Rò rỉ và thất thoát nước; Mối giao thoa giữa đô thị và nông thôn.