El rendimiento del algodón bajo el sistema de cultivo de secano en regiones tropicales semiáridas disminuye significativamente debido a períodos secos prolongados. En este contexto, la irrigación suplementaria (IS) con aguas residuales tratadas surge como una estrategia para la sostenibilidad de la producción agrícola además de contribuir a la reducción de los costos de fertilizantes. El objetivo de esta investigación fue evaluar la productividad, parámetros fotosintéticos, calidad de fibra y rentabilidad del cultivo de algodón, bajo irrigación suplementaria (IS) con aguas residuales tratadas municipales (MTW), con y sin fertilización mineral. Los tratamientos consistieron en tres escenarios de agua (normal, sequía y sequía severa), definidos por la serie histórica de datos de precipitación de 30 años, y dos tratamientos de irrigación suplementaria con MTW, con o sin fertilización NPK. La IS con aguas residuales tratadas aumentó el rendimiento del algodón en los tres escenarios (normal, sequía y sequía severa) en aproximadamente un 29%, 255% y 251%. Períodos secos más largos en los escenarios de sequía y sequía severa aumentaron el volumen de IS con MTW, lo que resultó en un mayor aporte de nutrientes al suelo, una mejor respuesta fotosintética, una mayor productividad física del agua, reducción en los costos de fertilizantes y mayores ingresos para los agricultores. Por lo tanto, nuestros resultados muestran la importancia de utilizar aguas residuales tratadas en la irrigación suplementaria del algodón bajo escenarios de escasez de agua en regiones tropicales semiáridas.