大腸桿菌是人類和動物腸道中的正常菌群，新生兒出生后數小時腸道即有該菌存在，并終生存在。大腸桿菌經常隨糞便排出體外，污染周圍環境、水源及食物。
糞便中的大腸桿菌污染下尿路是引起急性腎盂腎炎的重要原因。當人體抵抗力降低時，大腸桿菌可侵入腸道外組織或器官引起感染，稱為內源性感染。此外，在醫院內則可通過病人之間，工作人員與病人間接觸、呼吸道氣溶吸入或各種醫療操作等，使病人獲得感染，大腸桿菌是醫院獲得性感染的最重要的病原菌。大腸桿菌某些血清型可引起醫院內嬰兒腹瀉的流行，也可引起成人，尤其是旅游者發生腹瀉。