Waterbesoedeling (Engels: Water pollution) is die besoedeling van watermassa (soos mere, riviere, oseane en grondwater). Waterbesoedeling kom voor wanneer die besoedelende stof direk of indirek in die watermassa beland sonder voldoende behandeling om die skadelike stof te verwyder. Waterbesoedeling beïnvloed plante en organismes wat in die water lewe en in byna alle gevalle is die uitwerking nie net skadelik wat individuele spesies en bevolkings betref nie, maar ook die biologiese gemeenskappe. Water wat in die natuur voorkom, bevat altyd 'n hoeveelheid organiese en anorganiese stowwe, waarvan die konsentrasies in 'n dinamiese ewewig verkeer en deur 'n komplekse reeks prosesse gehandhaaf word (selfsuiweringsvermoë). Sodra hierdie balans sodanig versteur is dat die water nie sonder nadelige gevolge gebruik kan word nie, is dit besoedel. Oorsake kan van natuurlike oorsprong wees, soos byvoorbeeld erosie, waardeur groot hoeveelhede grond in die water beland, of uitloging van die ondergrond, waardeur anorganiese soute en sure in die water opgelos word. Oormatige waterbesoedeling is kenmerkend vir die bevolkingsaanwas en toenemende industrialisasie van die 20e eeu.