A obra recebeu comentários bastante positivos por parte da crítica especializada, que deu ênfase à sua letra autobiográfica, ao seu refrão e à sua sonoridade Motown semelhante às músicas dos grupos femininos dos anos 1950 e 1960. Comercialmente, também obteve um desempenho exitoso. No Reino Unido, ela estreou na 19.ª colocação da lista oficial das mais vendidas e obteve como posição mais elevada o número sete. Nos Estados Unidos, conseguiu a nona posição da Billboard Hot 100, acompanhados pelos terceiro e segundo lugares da Hot Dance Airplay e Dance Singles Sales, respectivamente. No mercado internacional, obteve desempenho semelhante, figurando entre as 25 primeiras posições das tabelas musicais de países como Alemanha, Áustria, França e Nova Zelândia, e conseguindo atingir as dez melhores posições em países como Canadá, Dinamarca e Espanha, liderando apenas as paradas da Hungria e Noruega.

O tema foi nomeado em várias listas de fim de ano como uma das melhores músicas lançadas entre 2006 e 2007, em reconhecimento ao trabalho da intérprete, e recebeu, ainda, indicações a várias premiações ao redor do mundo, inclusive ao Grammy Awards na sua 50.ª edição, onde conquistou três troféus: "Canção do Ano", "Gravação do Ano" e "Melhor Performance Vocal Pop Feminina". Como forma de divulgação, Amy Winehouse apresentou "Rehab" em diversos programas de televisão, como Late Show e Top of the Pops, e relançou-a em um remix na América do Norte com o rapper Jay-Z.