En 1959, la Voie maritime du Saint-Laurent a été inaugurée. Depuis, les navires de haute mer peuvent rejoindre les Grands Lacs, ce qui a favorisé non seulement les échanges commerciaux, mais également l’introduction d’espèces exotiques.
En 1972, le Canada et les États-Unis ont signé le premier Accord relatif à la qualité de l’eau dans les Grands Lacs imposant notamment des réductions de phosphore dans les détergents ainsi que des améliorations dans le traitement des eaux usées.
En 1978, le Canada et les États-Unis ont signé le deuxième Accord relatif à la qualité de l’eau dans les Grands Lacs portant principalement sur les substances chimiques toxiques et visant à protéger l’ensemble de l’écosystème.
En 2000, le lac Saint-Pierre a été déclaré Réserve mondiale de la biosphère par l'UNESCO après avoir reçu, en 1998, la désignation de site Ramsar en vertu de la Convention relative aux zones humides d’importance internationale.
Depuis le début de la colonisation, les milieux humides du Saint-Laurent ont perdu 80 % de leur superficie dans la région de Montréal.
Le Saint-Laurent compte cinq masses d’eau principales et neuf masses d’eau secondaires associées aux principaux tributaires et leurs caractéristiques physico-chimiques naturelles sont bien distinctes.
Dans la partie québécoise du tronçon fluvial du Saint-Laurent, on retrouve trois étendues d’eau libre dont la superficie est suffisamment importante pour qu’elles soient considérées comme des lacs, mais dont l’écoulement est typique d’un fleuve. Ces trois lacs fluviaux sont le lac Saint-François, le lac Saint-Louis et le lac Saint-Pierre.
Le système hydrographique Saint-Laurent-Grands Lacs figure parmi les plus importants au monde. Il draine plus de 25 % des réserves mondiales d’eau douce et influence les processus environnementaux d’une grande partie du continent nord-américain.
On estime qu’environ les deux tiers des rives entre Montréal et l’archipel du lac Saint-Pierre sont en érosion.
Le système hydrographique Saint-Laurent-Grands Lacs se classe au 13e rang, à l’échelle mondiale, pour son bassin de drainage de 1 610 000 km2 et au 3e rang à l’échelle de l’Amérique du Nord, après le Mississippi et le Mackenzie.
Le système hydrographique Saint-Laurent-Grands Lacs se classe au 16e rang, à l’échelle mondiale, pour son débit moyen annuel de 12 600 m3/s à la hauteur de Québec.
Le système hydrographique Saint-Laurent-Grands Lacs se classe au 17e rang, à l’échelle mondiale, pour sa longueur de 3260 km, du lac Supérieur jusqu’au détroit de Cabot.
La portion québécoise du fleuve Saint-Laurent est alimentée par 244 affluents dont les plus importants sur le plan du débit sont les rivières des Outaouais, Saguenay, Manicouagan, Saint-Maurice et aux Outardes.
Les effluents urbains de la Ville de Montréal contiennent des matières particulaires dont se nourrissent les organismes aquatiques, et ce, jusqu’à 10 km en aval du point de rejet.
Parmi les 22 pesticides trouvés dans l’eau du Saint-Laurent et à l’embouchure de quelques tributaires, l’atrazine et le métolachlore demeurent ceux qui sont les plus fréquemment détectés.
On observe une diminution de 50 % des concentrations de contaminants organiques (BPC) et inorganiques (Cu, Zn, Pb, Hg, Cd et As) dans les sédiments du secteur nord du lac Saint-Pierre depuis 1986.
Les bas niveaux d’eau observés en 1999 et 2001 ont asséché les marais du Saint-Laurent. La végétation des marais dans le tronçon fluvial a ainsi perdu jusqu’à 75 % de sa biomasse.
À ce jour, on estime qu’au moins 163 espèces aquatiques non indigènes ont été introduites dans les Grands Lacs au cours des 200 dernières années. Parmi ces espèces, 85 ont déjà été observées dans le fleuve Saint-Laurent.
Depuis les années 1980, les concentrations en PBDE ont augmenté de 1000 fois chez les bélugas de l’estuaire du Saint-Laurent.
La première mention de la présence de la Moule zébrée dans les eaux des Grands Lacs remonte à 1985. Au Québec, elle a été notée en 1989 et sa répartition est présentement limitée au fleuve Saint-Laurent jusqu’aux îles de Montmagny et à la rivière Richelieu.
Après la destruction des habitats naturels, les invasions biologiques par des espèces exotiques représentent la deuxième cause en importance de la perte de biodiversité.
On dénombre plus de 5000 espèces végétales exotiques naturalisées dans les écosystèmes nord-américains, dont 80 le long du Saint-Laurent.
La proportion de femelles est plus élevée chez les mollusques exposés aux effluents municipaux, celle-ci passant de 41 % à près de 70 %.
Un spécimen de Crabe chinois à mitaine a été découvert en septembre 2004 à Lévis, sur la rive sud du fleuve Saint-Laurent, en face de Québec. Il s’agit d’une espèce exotique dont la présence dans les eaux du Saint-Laurent représente un risque d’établissement et d’envahissement pour le fleuve et son estuaire.
L'Anguille d'Amérique, jadis l’une des espèces de poisson les plus abondantes du Saint-Laurent, connaît une baisse inquiétante de sa population depuis les années 1980.
Le Saint-Laurent regroupe 87 espèces de poissons d’eau douce et 18 espèces diadromes.
