RESUMO Este artigo apresenta uma análise da tendência temporal e espacial da qualidade das águas superficiais da sub-bacia do Rio das Velhas, inserida na bacia do Rio São Francisco, em Minas Gerais, Brasil. Foram analisados 16.625 dados coletados no período de 2002 a 2011 pelo programa de monitoramento de qualidade das águas superficiais efetuado pelo Instituto Mineiro de Gestão das Águas (Igam). Testes estatísticos, multivariados e não paramétricos foram utilizados para avaliar 11 variáveis físicas, químicas e microbiológicas de 29 estações de monitoramento. Os resultados das análises de tendência Mann-Kendall/Sazonal de Mann-Kendall sugeriram que a maioria dos cursos d'água da região apresentam valores estáveis das variáveis ao longo do período estudado, com maiores alterações associadas a coliformes termotolerantes, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrato e índice de qualidade das águas (IQA), principalmente nas proximidades dos grandes centros urbanos. A análise de Cluster definiu três grandes grupos de estações de monitoramento, agrupadas segundo a qualidade de suas águas, correspondentes aos níveis de alta poluição, poluição moderada e baixa poluição. No entanto, ao longo de toda a sub-bacia, foi observada a degradação da qualidade da água durante o período estudado, principalmente relacionada ao lançamento de esgotos domésticos. Uma importante constatação foi a alteração da qualidade da água no baixo Rio das Velhas, apontada pela tendência de redução do IQA em estações localizadas nessa região, o que merece atenção dos órgãos governamentais para ações de manejo.