Debrecen hosszú évtizedek óta kiemelkedő szerepet játszik a hazai sportéletben. Az 1920-as évek végén a Bocskai FC Magyarország egyik legjobb futballcsapata volt. Csatársorát, a híres "ötösfogat"-ot (Markos, Vincze, Teleki, Zemlei, Hevesi) Európa-szerte ismerték. Az 1936-os berlini olimpiára két debreceni tornász, Nagy Margit és Tóth Lajos is kijutott. A cívisvárosban kezdte pályafutását minden idők egyik legnagyobb magyar kardvívója, Kovács Pál is. Debrecen hírnevét öregbíti Barcza Gedeon, aki a magyar sakkozás nagymestere volt, s többször volt magyar bajnok és olimpiai kerettag. A DVSC-nek kitűnő birkózógárdája volt, s egyik kiválósága, Hódos Imre˙1952-ben aranyérmet nyert a helsinki olimpián. A későbbi súlyemelő világbajnok, Veres Győző is Debrecenben kezdte pályafutását.
A 90-es évek óta Debrecen tudatosan erősíti pozícióit mind a hazai, mind a nemzetközi sportéletben. A futballisták mellett a női és férfi kézilabdások, a röplabdások, valamint a férfi kosárlabdázók szerepelnek évek óta eredményesen az élvonalban. 2000-es évektől számtalan rangos nemzetközi sporteseménynek adott otthont a cívisváros, mint például a 2001-es ifjúsági atlétikai világbajnokság, a 2002-es tornász világbajnokság, vagy a 2004-es női kézilabda-Európa-bajnokság (az egyik helyszín Debrecen volt). Debrecenben 2001 óta már 14 rangos nemzetközi sporteseményt rendeztek, amelyek közül 5 világ- és 9 Európa-bajnokság volt.
A világversenyek rendezése mellett a sportlétesítmények területén is nagy előrelépések történtek. 2002-ben felépült a Főnix Csarnok, 2006-ban a Sportuszoda, amivel több évtizedes hiányt pótoltak (Debrecenben 2006-ig nem volt fedett pályás, 50 méteres versenyuszoda). 2001-ben felépült az új atlétikai stadion, 2005-ben kibővítették az Oláh Gábor utcai stadiont, és felépült a tócóskerti jégcsarnok. A távlati tervek között szerepel egy új futballstadion építése a Tócóvölgyben (eredetileg a Nagyerdei Stadion átépítését tervezték).
A Debreceni Vasutas Sport Club (egykori nevén Debreceni Lokomotív, becenevén Loki) debreceni sportegyesület és futballcsapat. A csapat hivatalos mezszíne piros-fehér. A DVSC a '90-es évek közepétől fokozatosan Magyarország legjobb futballcsapatává nőtte ki magát: az elmúlt öt évben 4 bajnoki címet ünnepelhettek. 1902-es alapítást követően 1995-ig várni kellett az első komolyabb eredményre, ekkor bajnoki 3. lett az együttes. 2003-ban és 2004-ben is 3. lett a DVSC, 2005-ben viszont felértek a csúcsra és azóta csak egyszer sikerült leszorítani onnan, 2008-ban, de 2009-ben és 2010-ben újra begyűjtötték a bajnoki címet és így már 5-nél tartanak. A Debreceni VSC négyszeres Magyar Kupagyőztes is (1999, 2001, 2008, 2010). Nemzetközi színtéren is találkoztak már komoly ellenfelekkel, így például a VFL Wolfsburg-gal 1999-ben, a Girondis Bordeaux-val 2001-ben és a Manchester United-del 2005-ben. Előbbi kettő ellen győzni is tudott a hajdúsági együttes. Legnagyobb sikerét a Hajduk Split ellen érte el: a horvát csapatot hazai pályán 3–0-ra tudta megverni a Loki, míg Splitben 5–0 arányban győzött. 2009-ben 14 év után második magyar csapatként a Bajnokok Ligája főtáblájára került.