El PNUMA ha jugado un papel importante en el establecimiento de acuerdos ambientales multilaterales, tratando temas relacionados a biodiversidad, productos químicos y residuos peligrosos para las especies migratorias, agotamiento de la capa de ozono, mares regionales y comercio de especies amenazadas.

Algunos de los acuerdos multilaterales son administrados por el PNUMA tales como:

1. La convención de Viena para la protección de la capa de ozono (Secretaría del Ozono) y el protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono.
2. La convención sobre el comercio internacional de especies amenazadas de fauna y flora silvestres (CITES).
3. El convenio sobre la Diversidad Biológica.
4. La convención sobre la conservación de especies migratorias de animales silvestres, el cual incluye el acuerdo sobre la conservación de las aves acuáticas migratorias africanas y eurasiáticas, el acuerdo sobre la conservación de los murciélagos europeos, el acuerdo sobre la conservación de los pequeños cetáceos del mar Báltico y el mar del norte.
5. El convenio de Basilea sobre el control de los movimientos transfronterizos de los desechos peligrosos y su eliminación.
6. El convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes.
7. El convenio de Rotterdam sobre el procedimiento de consentimiento fundamentado previo aplicable a ciertos plaguicidas y productos químicos peligrosos objeto de comercio internacional (Secretaría compartida con FAO)
8. El programa de mares regionales (administrada por el PNUMA)

El PNUMA acoge a las secretarías de estas convenciones, cada una de las cuales cuenta con su propio órgano rector y cuenta con autonomía política.
  
El PNUMA juega un rol importante en el establecimiento de importantes sinergías entre acuerdos multilaterales. También provee apoyo técnico, legal y político para impulsar la implementación y el cumplimiento de los acuerdos a nivel regional, nacional e internacional.