อำเภอหาดใหญ่เป็นศูนย์กลางการคมนาคมขนส่งของภาคใต้ตอนล่าง มีวิธีการเดินทางทั้งทางรถยนต์ ทางรถไฟ และทางอากาศ

• ทางรถยนต์ อำเภอหาดใหญ่มีทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4 (ถนนเพชรเกษม) และทางหลวงเอเชียสาย 2 (ซ้อนทับกับทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4) ตัดผ่าน โดยมีสามแยกคอหงส์ (จุดบรรจบกับถนนกาญจนวณิชย์) เป็นจุดปลายของถนนเพชรเกษม (จุดเริ่มต้นของถนนเพชรเกษมอยู่ที่สี่แยกท่าพระ กรุงเทพมหานคร) จากนั้นทางหลวงหมายเลข 4 จะซ้อนทับกับถนนกาญจนวณิชย์จากสามแยกคอหงส์ไปสิ้นสุดที่ชายแดนไทย-มาเลเซียที่ด่านสะเดา อำเภอสะเดา

นครหาดใหญ่เชื่อมกับนครสงขลา ศูนย์กลางของจังหวัด ด้วยทางหลวงหมายเลข 407 (ถนนกาญจนวณิชย์ช่วงสามแยกคอหงส์ หาดใหญ่ - สามแยกสำโรง สงขลา) และทางหลวงหมายเลข 414 (ถนนลพบุรีราเมศวร์) ซึ่งไปบรรจบกับถนนกาญจนวณิชย์ที่ห้าแยกน้ำกระจาย มีรถโดยสารประจำทางระหว่างเมืองของบริษัท ขนส่ง จำกัด ให้บริการไปยังจุดหมายต่าง ๆ ทั้งกรุงเทพและภาคใต้ โดยมีสถานีขนส่งหาดใหญ่เป็นสถานีรถโดยสารประจำเมือง

• ทางรถไฟ สถานีรถไฟชุมทางหาดใหญ่ มีเส้นทางรถไฟ 4 สายมาบรรจบกัน นั่นคือทางรถไฟสายใต้หลักไปกรุงเทพฯ ทางรถไฟสายใต้หลักไปสุไหงโก-ลก ทางรถไฟสายแยกไปปาดังเบซาร์ (เชื่อมต่อกับทางรถไฟของมาเลเซีย) และทางรถไฟสายแยกไปสงขลา แต่ทางรถไฟสายสงขลาปัจจุบันไม่ได้ใช้งานแล้ว สถานีรถไฟชุมทางหาดใหญ่มีรถไฟโดยสารบริการ 28 ขบวน โดยที่ 26 ขบวนเป็นของการรถไฟแห่งประเทศไทย ทั้งยังมีขบวนรถใหม่ที่จากกรุงเทพมหานคร-ชุมทางหาดใหญ่คือ ขบวนรถด่วนพิเศษทักษิณารักษ์ อีก 2 ขบวนเป็นของบริษัทการรถไฟมลายา (KTMB) ของมาเลเซีย วิ่งระหว่างชุมทางหาดใหญ่-โจโฮร์บะฮ์รูเซ็นทรัล

• ทางอากาศ อำเภอหาดใหญ่มีท่าอากาศยานหาดใหญ่ ซึ่งดำเนินการโดยบริษัท ท่าอากาศยานไทย จำกัด (มหาชน) ตั้งอยู่ในอำเภอคลองหอยโข่ง ชานเมืองหาดใหญ่ด้านตะวันตกเฉียงใต้ ติดกับกองบิน 56 ของกองทัพอากาศ โดยมีสายการบินต่าง ๆ ของไทย มาเลเซีย และสิงคโปร์ ให้บริการเที่ยวบินไปยังเชียงใหม่ กรุงเทพมหานคร ภาคใต้ มาเลเซีย และสิงคโปร์ ได้แก่ สายการบินไทยไลอ้อนแอร์ สายการบินบางกอกแอร์เวส์ สายการบินไทย สายการบินไทยสมายล์ สายการบินนกแอร์ สายการบินนิวเจนแอร์ สายการบินแอร์เอเชีย (ไทย) สายการบินสกู๊ต (สิงคโปร์)