源头位于天津市南开区咸阳路泵站，先向南、再向东流经南开区、河西区、西青区、津南区、滨海新区，至大沽污水站注入渤海。干渠全长71千米。开挖于1958年，1966年进行疏浚、扩挖。河道上口河宽54～120米，河底宽8～38米，流量24立方米/秒。是天津市主要的人工的城市排污、排沥河道之一，承担上述区域的工业废水、混合废水，以及雨水及农田沥水的排放任务。年污水排放量3.8亿立方米，河流底泥约170万立方米。

由于大沽排污河的河底常年淤积，河床不断抬高，河道淤泥平均深达2.5米，水体流量下降到11立方米/秒，排污排沥功能严重下降，汛期溃堤、漫堤时有发生，对两岸生产生活产生严重影响。2008年对大沽排污河实施治理工程，对排污河道进行全线清淤、修坡，对排污口进行改造、截污，进行沿河绿化，并建成总库容45万立方米的污泥填埋场。同时，加大污水厂污泥处置设施建设，投入运行1座日处理能力为100吨、2座日处理能力为300吨的污泥干化处理设施。通过河道治理工程，各类污水纳入了污水管网，实现了污水集中收集处理、达标排放，大沽排污河的水质得到明显改善，排沥功能也得到了显著提升。