As microalgas são fontes sustentáveis de diversos bioprodutos com alto valor agregado, que podem ser utilizados com diferentes finalidades, tais como alimento, energia e matéria-prima. Devido a isso, as microalgas se condicionam como uma potencial solução sustentável para suprir a crescente população mundial, com a vantagem de serem obtidas sem o uso de energia fóssil e terras agricultáveis. Entretanto, os custos associados à produção de microalgas ainda são muito altos, o que inviabiliza a sua produção em larga escala. Uma solução bastante discutida nos últimos anos é a integração do cultivo de microalgas com o tratamento de esgoto, visando diminuir os custos associados ao cultivo. Nesse processo, as microalgas absorvem nitrogênio, fósforo, carbono e outras substâncias presentes no esgoto, gerando ao mesmo tempo, um efluente tratado e uma biomassa com grande potencial econômico. Nesse contexto, a presente revisão apresenta um panorama da produção de microalgas com esgoto e os seus obstáculos para a sua produção em larga escala.