乌兰巴托是全国的交通运输中心，以铁路、公路为主，空运为辅构成了四通八达的交通网。北京—莫斯科铁路干线经过该市，贯穿全蒙南北。从乌兰巴托向南北延伸的铁路干线，不仅在蒙古经济建设中发挥着巨大作用，而且是连接中蒙俄三国并继续延伸的亚欧“大陆桥”的重要组成部分。
乌兰巴托市成吉思汗国际机场是全国最大的国际航空港，位于乌兰巴托南部30公里处的宗莫德苏木，有定期航班通往国际各大城市的航班，也有通往全国各省会的航班。城市主要街区坐落在图拉河北岸。市区沿着图拉河布局，呈狭长形，西部有乌兰巴托成吉思汗国际机场，市区南面有蒙古的圣山，山顶有蒙古人民革命纪念碑，可俯瞰全市。市中心有蒙古议会大楼，总统府和成吉思汗广场。乌兰巴托也是蒙古国最大的城市和政治、交通中心。连接中俄的铁路贯穿乌兰巴托，北至苏赫巴托尔省，南抵中国内蒙古自治区的二连浩特市。
乌兰巴托市是全国交通运输的枢纽。这里有通向全国各省市的公路网和飞机航线，有铁路同中国、俄罗斯相衔接。还有固定的航班开往北京和莫斯科。乌兰巴托铁路局同中国呼和浩特和天津市铁路局在国际联运方面有着密切的合作。乌兰巴托铁路局统管蒙古全国的铁路及国际联运，承担着全国货运周转量的80%和客运周转量的近50%。乌兰巴托有Aero Mongolia、Hunnu air和Eznis等航空公司，截至2014年，成吉思汗机场未能满足蒙古国内航空需求，因此蒙古政府交通部在乌兰巴托以南新建了4E级的国际机场 。2020年7月1日，旧成吉思汗国际机场正式转场至成吉思汗国际机场。