Từ đất liền có thể sang đảo Cái Bầu bằng đường bộ đi qua 3 cây cầu Vân Đồn I, Vân Đồn II và Vân Đồn III. Tỉnh lộ 334 dài 40 km nối tiếp các cây cầu trên và chạy xuyên suốt 40 km trong đảo Cái Bầu. Tuy nhiên, giao thông trong huyện chủ yếu là bằng đường thủy giữa các đảo. Xã Vạn Yên (trên đảo Cái Bầu) có bến cảng Vạn Hoa, thị trấn Cái Rồng (trên đảo Cái Bầu) có cảng Cái Rồng, có thể cho xà lan, tàu thuyền tải trọng hàng trăm tấn ra vào dễ dàng, đồng thời là đầu mối giao thông qua lại giữa các đảo. Ngoài ra còn có đường cao tốc Hạ Long - Vân Đồn đi qua. Ở đây còn có sân bay Vân Đồn hiện đã được đưa vào khai thác.

Trên các đảo Trà Bản, Ngọc Vừng, Quan Lạn có những đoạn đường ô tô dùng cho quân sự và lâm nghiệp, nhưng chỉ là các đoạn đường trong nội bộ các đảo. Còn giữa các đảo với nhau và với đất liền chủ yếu vẫn dùng phương tiện giao thông đường thủy.