นครหาดใหญ่มีโครงสร้างพื้นฐานค่อนข้างสมบูรณ์สามารถเชื่อมโยงกับจังหวัดต่าง ๆ เป็นเมืองหลักของภาคใต้ เป็นศูนย์กลางการพาณิชย์ อุตสาหกรรมและการคมนาคม จึงมีเส้นทางคมนาคมหลักทั้งทางรถยนต์ รถไฟ และทางอากาศ มีทางหลวงแผ่นดิน ทางหลวงจังหวัด และเส้นทางมาตรฐานหลายสาย ทำให้การเดินทางติดต่อภายในจังหวัด การเดินทางสู่จังหวัดใกล้เคียง และกรุงเทพมหานคร เป็นไปด้วยความสะดวกได้ทั้งภายในภูมิภาค และนานาชาติ

ทางถนน

จากกรุงเทพมหานครถึงนครหาดใหญ่ ประมาณ 925 กิโลเมตร มีการคมนาคมโดยทางหลวงแผ่นดิน คือ

• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4 หรือ ถนนเพชรเกษม จากกรุงเทพมหานคร เข้าแยกปฐมพร จังหวัดชุมพร ผ่านจังหวัดระนอง–จังหวัดพังงา–จังหวัดกระบี่–จังหวัดตรัง–จังหวัดพัทลุง–อำเภอหาดใหญ่–อำเภอสะเดา
• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 41 จากอำเภอเมืองชุมพร ผ่านอำเภอทุ่งสง มาบรรจบทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4 ที่จังหวัดพัทลุง
• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 43 จากอำเภอรัตภูมิ–อำเภอหาดใหญ่-อำเภอนาหม่อม–อำเภอจะนะ
• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 406 จากอำเภอรัตภูมิ (สามแยกท่าชะมวง)–จังหวัดสตูล
• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 407 หรือ ถนนกาญจนวาณิช จาก อำเภอเมืองสงขลา–อำเภอหาดใหญ่–อำเภอสะเดา
• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 414 หรือ ถนนลพบุรีราเมศวร์ จาก แยกน้ำกระจาย อำเภอเมืองสงขลา–อำเภอหาดใหญ่ ไปบรรจบทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 43
• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4135 จากสามแยกโคกเมา–ท่าอากาศยานหาดใหญ่

ทางราง

สถานีรถไฟชุมทางหาดใหญ่ ยังคงมีบทบาทสำคัญในการเชื่อมโยงระหว่างอำเภอหาดใหญ่กับกรุงเทพมหานคร และจังหวัดอื่น อีกทั้งยังสามารถเชื่อมโยงไปถึงประเทศมาเลเซียได้ โดยชุมทางรถไฟหาดใหญ่เป็นชุมทางรถไฟที่ใหญ่ที่สุดของภาคใต้ เส้นทางรถไฟสายใต้เริ่มต้นจากกรุงเทพมหานครลงไปถึงชุมทางหาดใหญ่ ระยะทางยาวประมาณ 945 กิโลเมตร จากนั้นจะแยกเป็น 2 เส้นทาง คือ เส้นทางสายหาดใหญ่–ปาดังเบซาร์ ความยาว 45 กิโลเมตร เชื่อมต่อกับเส้นทางรถไฟของมาเลเซียจนถึงสถานีรถไฟบัตเตอร์เวอร์ธ ส่วนอีกเส้นทางหนึ่งคือ ทางสายหาดใหญ่–อำเภอสุไหงโก-ลก ความยาว 110 กิโลเมตร หาดใหญ่เป็นสถานีชุมทางต่างประเทศแห่งเดียวของประเทศไทยที่เชื่อมไปยังคาบสมุทรมลายูด้วย เป็นสถานีรถไฟที่มีปริมาณผู้ใช้บริการหนาแน่นมากแห่งหนึ่งของประเทศไทย

สำนักงานนโยบายและแผนการขนส่งและจราจร (สนข.) มีโครงการก่อสร้างรถไฟฟ้ารางเดี่ยว (โมโนเรล) ในเขตเทศบาลนครหาดใหญ่ โดยในอนาคต อาจมี 2 เส้นทาง ได้แก่

• สายสีฟ้า ระยะทาง 6.65 กิโลเมตร บนถนนเพชรเกษม จากตลาดเกษตรหาดใหญ่ใน ถึงแยกคอหงส์ ซึ่งเป็นเส้นทางสายหลัก ที่มีปริมาณการจราจรสูงสุดของเมืองหาดใหญ่
• สายสีแดง ระยะทาง 6.19 กิโลเมตร บนถนนเพชรเกษม, ถนนราษฎร์ยินดี, ถนนศรีภูวนารถ และถนนนิพัทธ์สงเคราะห์ 3 เป็นเส้นทางวงแหวนสีแดงชั้นใน ที่จะเชื่อมเขตเศรษฐกิจใหม่บนถนนราษฎร์ยินดี เขตใจกลางเมือง หน้าหอนาฬิกา

และจะมีบางช่วงที่สายสีฟ้าและสายสีแดงใช้ทางร่วมกันได้ เรียกว่า จุดซ้อน (Overlap) ซึ่งเป็นระยะทางจาก จุดชุมทาง A และชุมทาง B ระยะทาง 1.78 กิโลเมตร จากแยกโรงแรมวีแอล ถึงแยกเพชรเกษม–ราษฎร์ยินดี

ทางอากาศ

ท่าอากาศยานหาดใหญ่ ตั้งอยู่ในเขตตำบลทุ่งตำเสา อำเภอหาดใหญ่ และตำบลคลองหลา อำเภอคลองหอยโข่ง ห่างจากเขตเทศบาลประมาณ 12 กิโลเมตร ทางทิศตะวันตกเฉียงใต้ ได้รับการยกฐานะเป็นท่าอากาศยานนานาชาติ เมื่อเดือนธันวาคม พ.ศ. 2515 มีพื้นที่ประมาณ 4.80 ตารางกิโลเมตร หรือ 3,000 ไร่โดยให้บริการตั้งแต่เวลา 06.00–24.00 น. ท่าอากาศยานนานาชาติหาดใหญ่เป็นท่าอากาศยานที่มีปริมาณการจราจรหนาแน่นมากเป็นอันดับ 6 ของประเทศรองจากท่าอากาศยานนานาชาติสุวรรณภูมิ ท่าอากาศยานนานาชาติดอนเมือง ท่าอากาศยานภูเก็ต ท่าอากาศยานเชียงใหม่ ท่าอากาศยานกระบี่