Aclarar los mecanismos que impulsan la oferta y la demanda de servicios ecosistémicos (SE) bajo la urbanización es de gran importancia para la planificación y gestión ecológica urbana. Sin embargo, cómo varía el equilibrio entre la oferta y la demanda de SE y sus mecanismos impulsores con el grado de urbanización ha sido poco estudiado. En este estudio, analizamos los cambios espaciotemporales y las correlaciones entre la oferta y la demanda de SE y el grado de urbanización en el Área Metropolitana de Zhengzhou (ZZMA) desde 2000 hasta 2020 y exploramos más a fondo los mecanismos que impulsan estos cambios. Los resultados mostraron que, (1) entre 2000 y 2020, la ZZMA experimentó un déficit en la oferta y demanda integral de SE, y las regiones con un desarrollo de urbanización rápida eran más propensas a desencadenar desequilibrios en la oferta y demanda de SE; (2) el desajuste espacial entre la baja-alta oferta y demanda de SE se distribuyó principalmente en las áreas urbanizadas de varias ciudades, mientras que el desajuste espacial alto-bajo se encontró mayormente en áreas forestales y de pastizales; (3) el nivel de urbanización integral de la ZZMA estaba negativamente correlacionado espacialmente con la relación de oferta y demanda de SE. Las regiones con un menor equilibrio de SE eran más susceptibles a las perturbaciones causadas por la urbanización; (4) la densidad poblacional fue el factor clave que influyó en la oferta y demanda de servicios de secuestro de carbono, liberación de oxígeno, conservación del agua y provisión de alimentos, mientras que las proporciones de tierras forestales y áreas de construcción tuvieron la mayor influencia en la oferta y demanda de servicios de purificación del aire y recreación. Es importante asegurar el estado ecológico de las áreas montañosas y forestales del noroeste, suroeste y centro; mantener el estado agrícola de las principales áreas productoras de granos en las llanuras orientales; fortalecer la restauración ecológica y la infraestructura verde en áreas urbanizadas; y formular políticas de gestión diferenciadas para promover la oferta sostenible de SE y salvaguardar la seguridad ecológica de la región.