绿色是高质量发展的底色，北、上、广、深是京津冀、长三角、粤港澳这三大城市群的中心城市，对于引领中国经济社会发展全面绿色转型具有重要现实意义和示范价值。通过厘清绿色发展系统内在理论机制并构建绿色发展指标体系，对以北、上、广、深为典型代表的超大城市绿色发展水平进行测度，探究超大城市绿色发展水平的时空演变特征及其障碍因素。结果表明：超大城市绿色发展水平整体呈现逐年上升趋势，绿色发展水平依次排序为“北京>深圳>上海>广州”，各城市的短板不一；各准则层的绿色发展水平主要呈上升趋势，但是绿色生活这一指标逐年下降；制约绿色发展水平的关键障碍因素为环境治理、生态保护和增长质量，并且绿色生活指标的障碍强度持续上升。最后，提出全面提升超大城市绿色发展水平的建议。