จังหวัดสุโขทัยมีทางหลวงสำคัญ ได้แก่ ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 12 ซึ่งเป็นถนนสายเศรษฐกิจตะวันออก-ตะวันตก เชื่อมต่อกับจังหวัดตากและจังหวัดพิษณุโลก, ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 101 เชื่อมต่อกับจังหวัดกำแพงเพชรและจังหวัดแพร่, และทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 102เชื่อมต่อกับจังหวัดอุตรดิตถ์ การขนส่งทางราง มีสถานีรถไฟ 2 แห่ง ได้แก่ สถานีรถไฟสวรรคโลก อำเภอสวรรคโลก และสถานีรถไฟคลองมะพลับ อำเภอศรีนคร นอกจากนี้ ในอนาคตจะมีทางรถไฟความเร็วสูงตัดผ่าน มีสถานี 2 แห่ง ได้แก่ สถานีรถไฟความเร็วสูงสุโขทัย และสถานีรถไฟความเร็วสูงศรีสัชนาลัย