Giao thông đường bộ

Thị xã Hoàng Mai có hệ thống giao thông đường bộ thuận tiện theo trục Bắc - Nam và Đông - Tây

• Quốc lộ 1A (đường Nguyễn Tất Thành, đường Xô Viết Nghệ Tĩnh) chạy dọc theo trung tâm thị xã từ Bắc xuống Nam dài khoảng 10 km.
• Tuyến đường nối Thị xã Thái Hòa- đường Hồ Chí Minh đi Hoàng Mai và Tuyến Hoàng Mai - Đông Hồi vừa được đầu tư xây dựng theo tiêu chuẩn đường cấp 3 đồng bằng theo hướng từ Tây sang Đông, thuận lợi cho việc giao thương từ phía tây Nghệ An ra cảng Đông Hồi.
• Tỉnh lộ 537 nối thị xã với vùng bãi ngang ven biển, ngoài ra còn có các tuyến Quỳnh Xuân- Bãi Ngang, Mai Hùng - Bãi Ngang.
• Cầu La Man, cầu Hoàng Mai, cầu Hói Bãi, dốc Cải Nương, cầu Đền Cờn.
• Đây cũng là địa phương có dự án Đường cao tốc Thanh Hóa – Hà Tĩnh đi qua đang được xây dựng.

Giao thông đường sắt

Tuyến đường sắt quốc gia đi dọc theo trung tâm thị xã với ga Hoàng Mai.Ga Mỏ Đá (Quỳnh Thiện)- Cầu Tây (bắc qua sông Hoàng Mai nối liền 2 xã Quỳnh Vinh và xã Quỳnh Trang)- Cầu Trịch (bắc qua khe Bàu Bàu nối liền giữa phường Mai Hùng, xã Quỳnh Trang với xã Quỳnh Tân, huyện Quỳnh Lưu)

Giao thông đường Thủy

Thị xã có con sông Mai Giang (thuộc tuyến kênh Nhà Lê từ thời Lê Hoàn) bao bọc, chảy ra biển theo 2 cửa sông, hiện thị xã có một cảng cá ở phường Quỳnh Phương và đang xúc tiến đầu tư cảng nước sâu Đông Hồi.

Sông Nhà Lê chảy qua thị xã Hoàng Mai nối thông từ kinh đô Hoa Lư tới Đèo Ngang được xem là tuyến đường thủy đầu tiên ở Việt Nam.