A desigualdade de acesso a água, em especial, em relação as famílias agricultoras que residem em áreas difusas espalhadas por toda região semiárida brasileira, que sofrem naturalmente com a baixa disponibilidade de água dado as caraterísticas físicas ambientais da região, junta-se a um quadro de crescente insustentabilidade em relação aos recursos hídricos, movido através de dois aspectos: por um lado o aumento dos desastres climáticos, secas mais frequentes, enchentes e, por outro, a ineficiência das políticas públicas que torna cada vez mais complexo o abastecimento de água potável para a população rural. Nesse sentido, os efluentes tratados de esgoto doméstico, representam uma fonte de água e nutrientes disponíveis para uso em irrigação. Diante disso, o estudo teve por objetivo avaliar a sustentabilidade do reuso de água cinza em produção agroecológica na agricultura familiar. Especificamente, realizou-se uma revisão bibliográfica sobre o reuso de água cinza em sistemas irrigação na agricultura familiar; caracterizou-se as práticas e técnicas de tratamento de água cinza para uso em irrigação na produção da agricultura familiar; e por fim identificou-se as potencialidades e limitações do reuso de água cinza na irrigação de sistemas agroecológicos sustentáveis. A investigação foi desenvolvida na Região Geográfica de Pau dos Ferros/RN, envolvendo famílias agricultoras dos municípios de Antônio Martins, Encanto, Frutuoso Gomes, José da Penha e Pau dos Ferros. O trabalho seguiu uma metodologia de estudo de caso e adota-se uma abordagem quantiqualitativa para coleta e análise dos dados. Assim, a pesquisa revelou que o manejo sustentável dos recursos naturais, sobretudo dos recursos hídricos, com a utilização da tecnologia do reuso de água na produção de alimentos para famílias agricultoras e para os animais, é uma importante temática, quando se trata em estabelecer uma relação harmônica entre população local e ambiente natural, especialmente quando se refere a região do Semiárido.