Die Stadt ist ein Eisenbahn- und Verkehrsknotenpunkt. Der Hauptflughafen Melbourne International Airport liegt 22 Kilometer nordwestlich vom Zentrum im Vorort Tullamarine. Ein weiterer Flughafen, der von Billig-Airlines genutzt wird, liegt südwestlich von Melbourne in Avalon.
Der öffentliche Nahverkehr wird von vielen Melbournians auch seit der Privatisierung und Aufspaltung in verschiedene Firmen immer noch 'The Met' genannt. Das am 11. November 1885 eröffnete Straßenbahnnetz in Melbourne ist neben den Straßenbahnen in Adelaide und Sydney das letzte verbliebene auf dem australischen Kontinent und mit 238 Kilometern Länge eines der größten der Welt. Daneben gehört zur Met auch noch ein Eisenbahnnetz und zahlreiche Buslinien. Im Kraftfahrzeugverkehr ist der Hook Turn eine Melbourner Besonderheit. Dabei biegen Rechtsabbieger an einigen Kreuzungen aufgrund des Straßenbahnverkehrs von der linken Spur ab.