เทศบาลนครอุดรธานีมีเส้นทางคมนาคมทั้งทางบกและทางอากาศที่สามารถเดินทางได้สะดวก ทั้งในรูปแบบของการเดินทางของประชาชนและการขนส่งสินค้า

สถานีขนส่งผู้โดยสารอุดรธานีแห่งที 1 สังกัด เทศบาลนครอุดรธานี

ทางราง

สถานีรถไฟอุดรธานี ตั้งอยู่ที่ถนนทองใหญ่ สำหรับทางรถไฟมีหลายขบวนด้วยกันและมีปลายทางที่จังหวัดอุดรธานีโดยตรง และขบวนรถที่ผ่านต่อไปยังจังหวัดหนองคายให้บริการทุกวัน อาทิเช่น สายกรุงเทพ–หนองคาย, กรุงเทพ–อุดรธานี, นครราชสีมา–หนองคาย, นครราชสีมา–อุดรธานี และในช่วงเทศกาลอย่างสงกรานต์และปีใหม่ จะมีการเปิดเดินรถสายกรุงเทพ–อุดรธานี เพิ่มเติม

ทางถนน

เส้นทางรถยนต์มีทางหลวงที่สำคัญ คือ

• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 2 หรือ ถนนมิตรภาพ เป็นเส้นทางจากกรุงเทพมหานคร ผ่านจังหวัดในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ได้แก่ จังหวัดนครราชสีมา, จังหวัดขอนแก่น, จังหวัดอุดรธานี และสิ้นสุดที่จังหวัดหนองคาย ระยะทางถึงจังหวัดอุดรธานีประมาณ 564 กิโลเมตร โดยตัดผ่านใจกลางเทศบาลนครอุดรธานี ในชื่อถนนทหาร และถนนอุดรดุษฎี
• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 22 หรือ ถนนนิตโย เชื่อมระหว่างจังหวัดอุดรธานี–จังหวัดสกลนคร โดยสิ้นสุดที่จังหวัดนครพนม มีระยะทางประมาณ 230 กิโลเมตร โดยเริ่มต้นจากใจกลางเทศบาลนครอุดรธานีในชื่อถนนโพศรี
• ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 210 เชื่อมระหว่างจังหวัดอุดรธานี–จังหวัดเลย โดยแยกไปสิ้นสุดที่อำเภอวังสะพุง จังหวัดเลย มีระยะทางประมาณ 150 กิโลเมตร โดยมีถนนเชื่อมจากเขตเทศบาลนครอุดรธานีไปยังทางหลวงเส้นนี้

สถานีขนส่งผู้โดยสารในเทศบาลนครอุดรธานี มี 1 แห่ง ได้แก่

• สถานีขนส่งผู้โดยสารจังหวัดอุดรธานี แห่งที่ 1 ตั้งอยู่ที่ถนนสายอุทิศ ตำบลหมากแข้ง อำเภอเมืองอุดรธานี จังหวัดอุดรธานี

สถานีขนส่งผู้โดยสารนอกเขตเทศบาลนครอุดรธานีในเทศบาลเมืองหนองสำโรง มี 1 แห่ง ได้แก่

• สถานีขนส่งผู้โดยสารจังหวัดอุดรธานี แห่งที่ 2 ตั้งอยู่ที่ถนนเลี่ยงเมือง ตำบลบ้านเลื่อม อำเภอเมืองอุดรธานี จังหวัดอุดรธานี

ทางอากาศ

ท่าอากาศยานนานาชาติอุดรธานี เป็นท่าอากาศยานประจำจังหวัดอุดรธานี มีสายการบินที่ให้บริการ ได้แก่ การบินไทยสมายล์, นกแอร์, ไทยแอร์เอเชีย, ไทยไลออนแอร์, บางกอกแอร์เวย์