Miljöminister Zhou Shengxian sade att konflikter mellan utveckling och natur aldrig hade varit så allvarliga.
Han sade att om Kina skulle fyrdubbla storleken på sin ekonomi under 20 år utan mer skada, skulle det behöva bli mer effektivt i resursanvändning.
I annat fall, sade han, skulle det finnas ett smärtsamt pris att betala.
Hans kommentarer kom före Kinas årliga session i parlamentet, som inleds den 5 mars.
De kom också en dag efter Premier Wen Jiabao sade Kina att sänka sitt årliga ekonomiska tillväxtmål från 7,5% till 7%, delvis på grund av dess inverkan på miljön.
Zhous kommentarer kom i en uppsats som publicerades på miljövårdsministeriets webbplats.
Av Shirong ChenBBC Kina Editor
Zhou Shengxian vill se miljöskyddet bli en nyckelplank i den nya femårsplanen (2011-2015) som ska diskuteras under den årliga sessionen i National People's Congress.
Kinesiska ministrar publicerar inte ofta sina idéer på detta sätt. (Det hände för nästan två år sedan när Kinas centralbankschef publicerade en serie essäer om reservvalutor och reform av det internationella finansiella systemet.)
Miljöministerns uttalande är en öppen uppmaning till ett paradigmskifte bort från modellen med hög resursförbrukning, hög resursförbrukning och hög förorening, till hållbar tillväxt för att lindra konflikten mellan ekonomisk och social utveckling och de miljöskador den har orsakat under de senaste tre decennierna.
Kinesiska forskare säger att Kinas energiintensitet per enhet av BNP är minst fem gånger så hög som Japans. Social stabilitet är en annan faktor, eftersom fler människor blir rasande på grund av allt värre luft -, vatten - och markföroreningar.
Det återstår att se om hans uppmaning kommer att översättas till verkliga åtgärder som Kinas ekonomiska motorn ryter framåt.
"I Kinas tusentals år av civilisation har konflikten mellan mänskligheten och naturen aldrig varit så allvarlig som den är idag", skrev han.
"Uttunningen, försämringen och uttömmandet av resurser och försämringen av miljön har blivit allvarliga flaskhalsar som begränsar den ekonomiska och sociala utvecklingen."
Han sade att Kina kommer att drabbas om inte frågor om luft- och vattenföroreningar prioriteras.
Han föreslog att hans ministerium skulle ta på sig en större roll när det gäller att ta itu med utsläppen av växthusgaser och att nya utvecklingsprojekt skulle bedömas för deras inverkan på klimatförändringen.
Under de senaste årtiondena har utvecklingen prioriterats framför miljön, vilket innebär att Kina nu har några av de mest förorenade skyarna och vattenvägarna i världen.
Den är starkt beroende av kol och är världens ledande koldioxidutsläppsgivare. Det gick om USA som världens största bil- och skåpbilsmarknad 2009.
Under de senaste åren har det funnits många exempel på industriutsläpp eller dumpning som har skadat vattenvägarna och i vissa fall skadat invånarna.
BBC:s Martin Patience i Peking säger att regeringen upprepade gånger har lovat att ta itu med föroreningar, men sedan misslyckats med att verkställa dessa beslut.
Den man som ansvarar för att skydda Kinas miljö har varnat för att föroreningar och efterfrågan på resurser hotar att kväva den ekonomiska tillväxten.