La Metro di Madrid è la seconda rete metropolitana dell'Europa occidentale e la sesta al mondo con ben 12 linee diverse, che diventano 16 contando il Ramal (collegamento tra le stazioni di Opera e Principe Pio) e le 3 linee di Metro Leggera. La rete di bus urbani consta di oltre 1900 veicoli.
Molti madrileni dell’hinterland usano la ferrovia extraurbana (cercanìas) per arrivare in città e utilizzare la metropolitana. La metropolitana, a nord e a sud, serve anche l’hinterland.

La compagnia pubblica di trasporti ferroviari (Renfe) opera in quasi tutte le linee di treni spagnoli. Le stazioni più importanti di Madrid sono la Stazione di Atocha e la Stazione di Chamartin. Le linee dell'alta velocità (AVE, Alta Velocidad Española) sono state ampliate negli ultimi anni, con il fine di diminuire a massimo 4 ore il tempo necessario per raggiungere Madrid dalle altre più importanti città della Spagna (Barcellona, Valencia, Siviglia e altre).

Sul fronte aereo, l'Aeroporto Internazionale di Madrid-Barajas, è la porta aeroportuale più importante di tutta la Spagna. L'aeroporto con il maggior numero di voli diretti per l'America Latina, ha visto sino al 2006 poderosi lavori di costruzione per la realizzazione del Terminal T-4, un vero e proprio aeroporto a sé stante per continuità con i 3 terminali dell'aeroporto preesistente. Da Maggio 2007 anche l'espansione T4 dell'aeroporto di Madrid è collegato alla città grazie alla fermata T4 della linea 8 del Metromadrid. La capitale è dotata inoltre di due aeroporti minori, Torrejón e Cuatro Vientos.