秘书处(The Secretariat of WTO)为世界贸易组织的日常办事机构，设总干事一名。它由部长级会议任命的总干事(Director-General 简称DG)领导。总干事的权力、职责、任职条件和任期由部长级会议通过规则确定。总干事有权指派其所属工作人员。在履行职务中，总干事和秘书处工作人员均不得寻求和接受世界贸易组织以外的任何政府或机构的指示，避免任何有损国际职员身份的行为。各成员应尊重他们职责的国际性质，不能对他们行使职权施加影响。
秘书处的主要职责是：1、为世界贸易组织的代表机构（理事会、委员会、工作组和谈判组等）进行谈判和执行协议提供行政和技术支持；2、为发展中国家成员，特别是最不发达国家成员提供技术援助；3、世界贸易组织的经济学家和统计学家对贸易实绩和贸易政策进行分析；4、在涉及世界贸易组织规则和先例解释的贸易争端解决中，由法律雇员提供帮助；5、处理新成员的加入谈判，为准备加入国家和地区提供咨询。
秘书处设立若干司负责上述工作，为世界贸易组织的活动提供广泛的支持，如技术合作、经济分析和信息等。一些司专门负责支持某些委员会的工作，如农业与商品司支持农业委员会和卫生与植物卫生措施委员会的工作。