Die Richtlinie 2008/50/EG der Europäischen Union für "Saubere Luft für Europa" legt Ziel-, Schwellen- und Grenzwerte für gesundheitsschädliche Luftbelastungen fest und macht Vorgaben, wie die Luftqualität überwacht werden muss.

In Nordrhein-Westfalen betreibt das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) ein Luftqualitätsüberwachungssystem. Heute werden in Essen an zehn Messpunkten Belastungsdaten erhoben. Seit 2012 wird der Grenzwert für Feinstaub (PM10) in der Stadt Essen eingehalten. Die vorläufige Auswertung der Messungen in 2019 zeigt Überschreitungen des Grenzwertes für Stickstoffdioxid (NO2) an zwei Messpunkten auf. Die lokalen Belastungsschwerpunkte liegen jeweils an stark befahrenen Straßen bzw. der Bundesautobahn A40.

Aufgrund der grenzwertüberschreitenden Luftbelastungen ist am 4. August 2008 der erste Luftreinhalteplan für das Ruhrgebiet aufgestellt und am 15.10.2011 fortgeschrieben worden. Die Bezirksregierungen Düsseldorf, Münster und Arnsberg haben drei Teilpläne Ruhrgebiet West, Nord und Ost mit den Städten erarbeitet und zu einem Gesamtplan zusammengestellt. Mit zunächst 110 Einzelmaßnahmen in den Sektoren Gewerbe, Industrie, private Haushalte und Verkehr sollte die Luftqualität nachhaltig verbessert werden. Die Maßnahmen des 2011 fortgeschriebenen Luftreinhalteplans umfassen u.a. die Einrichtung einer großräumigen Umweltzone Ruhrgebiet, lokale Maßnahmen wie die Verlegung der Anschlussstelle Essen-Frillendorf sowie eine Stärkung des ÖPNV und Radverkehrs.

Die Luftbelastung ist seit 2008 beständig gesunken. Die Maßnahmen des Luftreinhalteplanes reichen jedoch noch nicht aus, um die NO2-Grenzwerte in Essen flächendeckend einzuhalten. Daher hat die Bezirksregierung Düsseldorf 2018 mit einer Fortschreibung des Luftreinhalteplanes begonnen. Aufgrund der Klage der Deutschen Umwelthilfe (DUH) vor dem Verwaltungsgericht Gelsenkirchen und dem Berufungsverfahren vor dem Oberverwaltungsgericht Münster wurde der Entwurf des Luftreinhalteplan wiederholt überarbeitet. Am 5. Dezember 2019 haben sich das Land Nordrhein-Westfalen und die Stadt Essen mit der Deutschen Umwelthilfe in einem gerichtlichen Vergleich geeinigt. Die dort vereinbarten Maßnahmenpakete wurden in die neue Planergänzung für die Stadt Essen aufgenommen. Die Planergänzung ist am 1. April 2020 in Kraft getreten.