南水北調工程還具有良好的生態和環境效益。可以增加供水區域的城市生活和工業用水量，改善衛生條件，有利於城市環境治理和綠化美化，促進城市化進程。
增加農林牧灌溉用水，改善農牧業生產條件，調整種植結構，提高土地利用率。也可以由汙水灌溉改為清水灌溉，減少農田汙染和對農副產品的危害。
可以減少地下水的過度開采，補充地下水，改善水文地質條件，控制地面沈降對建築物的破壞。
通過合理的調控，向幹涸的窪地、湖泊、河流、運河、濕地補水，改善水質，恢復活力，促進水產和水生生物資源的發展，使區域生態環境向良性方向發展。