中国是最早设立常驻联合国环境署代表机构的国家之一。多年来，中国政府有关部门与环境署在环境治理、生物多样性保护、生态保护、臭氧层保护、清洁生产、化学品管理、多边环境公约履约、环境执法、能力建设、公众宣传及环境教育和培训等生态环境领域开展了一系列合作。同时，中国政府派出政府代表团积极参与环境署理事会、联合国环境大会及环境署牵头组织的重要国际环境公约的谈判进程。

为进一步深化双方合作，2003年9月，环境署在北京设立驻华代表处，协调联络环境署在华开展活动。2006年，原国家环境保护总局和环境署建立了年度工作会议制度。2009年，原环境保护部与环境署签署了谅解备忘录，确定了双方合作的重点领域和合作方式。2013年、2018年、2023年生态环境部与环境署续签谅解备忘录。

2012年，时任总理温家宝在“里约+20”峰会上宣布向环境署捐款设立中国信托基金，支持发展中国家环境管理能力建设活动，信托基金共捐款1200万美元，分两期执行，每期各600万美元。环境署以中国为依托开展了一系列区域和国际环境项目，为发展中国家培训了大批环境官员、管理者和技术人员，有力地促进了发展中国的环境保护能力建设，为推动联合国可持续发展目标做出了重要贡献。

中国政府积极参与世界环境日活动，曾3次承办世界环境日主场活动（1993年北京、2002年深圳、2019年杭州）。2019年在杭州举办的“世界环境日”国际庆祝主场活动主题为“蓝天保卫战 我是行动者”（Beat Air Pollution）。国家主席习近平向活动致贺电，时任国务院副总理韩正出席主场活动并发表主旨讲话。该活动得到环境署高度评价。

中国对全球环境事业的积极贡献得到环境署高度认可。中国国家领导人李鹏曾获得联合国环境奖章。两任国家环保总局局长（曲格平、解振华）获得了环境署笹川国际环境奖；原环境保护部部长周生贤获得环境署颁发的“环境政策与领导贡献奖”。自2005年环境署设立“地球卫士奖”以来，中方有关机构和个人共获奖10次，具体包括“政策领袖奖”1次、“激励与行动奖”4次，“商界卓识奖”3次，“科学与创新奖”1次以及“终身成就奖”1次。