방조제 건설 중에는 시화호 유역은 깨끗했지만 도시개발과 가축사육장 등으로 폐수가 시화호로 유입되었고 현재 폐수는 시화 하수처리장을 통해 외해로 보내고 있지만 많은 강우 시에는 시화호로 넘치고 있다. 
방조제를 건설할 당시의 유역하천은 시화호 유역이 개발되지 않았기 때문에 깨끗했다. 도시개발과 함께 오염된 이들 하천수가 거의 처리되지 않고 시화호로 유입되었다. 특히, 안산천 및 화정천이 합류하는 지점에는 물의 흐름이 원활하지 못해 퇴적물이 쌓이면서 악취가 발생했다. 또한, 시화호 유역에는 가축사육장이 많이 산재해 있어 비점오염원으로 많은 양의 축산폐수가 발생했다. 한편, 산단토구는 반월산단 유역에서 발생하는 강우를 배수하기 위해 설치되었으나, 공장의 폐수관이 토구로 연결되어 있어 많은 양의 폐수가 시화호로 유입되었다. 현재는 토구에서 나오는 폐수를 차집하여 시화 하수처리장을 통해 방조제 외해로 보내고 있지만, 강우 시에는 넘쳐흘러 시화호로 유입되고 있다.