Von 1873 bis 1877 erarbeitete man im städtischen Bauamt ein Entwässerungskonzept für das gesamte Stadtgebiet. Schon im Jahr 1874 entstanden die ersten "modernen" Kanäle aus Betonrohren. Eine Abwasserreinigung war zunächst noch nicht vorgesehen. Die Wasserqualität der Pegnitz verschlechterte sich durch die steigenden Abwassermengen jedoch dramatisch, so dass die Errichtung von Kläranlagen unumgänglich war.
Die erste Nürnberger Kläranlage wurde 1897 auf dem Gelände des neuen städtischen Krankenhauses errichtet. Aus dem Jahr 1908 stammen erste Projekte zur Errichtung einer zentralen Abwasserreinigungsanlage bei Muggenhof. Dieses ehrgeizige Projekt verfolgte man jedoch wegen der recht hoch erscheinenden Kosten nicht weiter. Statt dessen wurden zunächst einige kleinere Kläranlagen errichtet, meist durch Baugenossenschaften im Rahmen von damaligen Neubaugebieten.
Als erste Großkläranlage in Bayern ging im Jahr 1913 die Kläranlage Süd (heute Klärwerk 2) in Betrieb. In den darauffolgenden Jahren entstand eine ganze Reihe weiterer Kläranlagen für Gebiete, die nicht im unmittelbaren Einzugsbereich der zukünftigen Kläranlage Nord lagen. Im Jahr 1931 folgte schließlich die seit vielen Jahren geplante zweite Großkläranlage Nürnbergs: Die Kläranlage Nord (heute Klärwerk 1).
Die Inbetriebnahme der Kläranlagen Süd und Nord sowie die Erweiterungen des Kanalnetzes und der Bau von Pumpwerken machte die Vielzahl der kleinen Kläranlagen nach und nach überflüssig. Heute sind in Nürnberg noch zwei Kläranlagen in Betrieb: Das Klärwerk 1 mit 1,4 Millionen Einwohnerwerten und das Klärwerk 2 mit 230 000 Einwohnerwerten.
Anlagen zur mechanischen Abwasserreinigung waren auch die hauseigenen Klärabortgruben. Sie kamen zum Einsatz, wenn Abwasser aus Spülklosetts in die Kanalisation geleitet wurde, für das betreffende Einzugsgebiet jedoch noch keine Kläranlage vorhanden war. In diesen Gruben wurden die Fäkalien zurückgehalten, das überlaufende Abwasser gelangte in die Kanalisation und von dort aus in den Vorfluter. Im Jahr 1929 war deren größte Anzahl erreicht, es gab rund 3 500 solcher Gruben im Nürnberger Stadtgebiet. Mit Inbetriebnahme der Kläranlage Nord wurden die Klärabortgruben nach und nach überflüssig.
