De "förödmjukliga" förhållandena bröt mot ett förbud mot grymma och ovanliga straff i den amerikanska konstitutionen, sades det i rapporten.
Fängelsetjänstemän, sade man, hade misslyckats med att ta itu med en "dramatisk ökning" av självmord under de senaste två åren.
Men sheriffen sa att det var "uppsagt" rapporten "misslyckas att fullt ut erkänna" förbättringar som gjorts.
"Rapporten felkarakteriserar också och avsevärt underskattar de otroliga ansträngningar som gjorts för att förbättra våra självmordsförebyggande metoder," sheriffkontoret sade i uttalande.
Den amerikanska justitiedepartementet sade att nationens största fängelsesystem - med omkring 19 000 fångar - hade slutfört några av de reformer som krävdes enligt ett domstolsavtal från 2002.
Det applåderade också åtgärder för att utvidga gemenskapens övervakningsprogram och sade att en snabb ökning av antalet fångar som är allvarligt psykiskt sjuka utsatte systemet för påfrestningar.
Men det stod "allvarliga systembrister" och "förödmjukliga miljöförhållanden" kvar för dem som hölls fångna och bröt mot det amerikanska konstitutionella förbudet mot grymma och ovanliga straff.
Bland kritiken i betänkandet fanns en brist på svar på en ökning av självmord och självmordsförsök i länsfängelser.
"Femton självmord på 25 månader gav nästan ingen märkbar förändring i fängelsernas frihetsberövande," sade rapporten.
Andra fynd är:
Sheriffen säger att det är fast beslutet att samarbeta med justitiedepartementet i frågorna.
Fängelser i USA är i allmänhet för människor som är inlåsta på kort sikt, men fängelsesystemet i hela delstaten Kalifornien, där interner avtjänar längre straff, har också blivit föremål för granskning för överbeläggning.
Villkoret för mentalvård i Los Angeles County fängelser är så dålig att det är grundlagsstridigt, har den amerikanska justitiedepartementet sagt.