Die zentrale Lage prädestiniert Moskau zum wichtigsten Verkehrsknotenpunkt des Straßen-, Schienen-, Schiffs- und internationalen Flugverkehrs im europäischen Teil des Landes. Ein Kanalsystem verbindet die Stadt mit fünf Meeren (Weißes Meer, Baltisches Meer, Schwarzes Meer, Asowsches Meer und Kaspisches Meer), Moskau wird daher auch „Hafen der fünf Meere“ genannt.
Moskau besitzt drei internationale Flughäfen: Scheremetjewo (1960 eröffnet), Domodedowo (1964), Wnukowo (1941). Der älteste Moskauer Passagierflughafen Bykowo (1933) wird ausschließlich für Inlandsflüge genutzt, während der im Jahr 2000 errichtete Flughafen Ostafjewo gegenwärtig noch keine regulären Linienflüge bedient.
In Moskau laufen alle Hauptlinien der Eisenbahn im europäischen Teil Russlands zusammen. Die Stadt ist größter Eisenbahnknotenpunkt des Landes mit mehreren Rangierbahnhöfen. Weitere Verkehrsverbindungen verlaufen sternförmig nach Europa, Zentralasien und zum Kaukasus.
Moskau hat keinen Hauptbahnhof. Allerdings liegen einige wichtige Bahnhöfe am Komsomolskaja Platz direkt nebeneinander: der Leningrader Bahnhof für den Verkehr nach Sankt Petersburg (Nikolai-Bahn), der Jaroslawler Bahnhof für die Transsibirische Eisenbahn (nach Wladiwostok am Japanischen Meer) und der Kasaner Bahnhof für den Verkehr in Richtung der Wolgarepubliken Tatarstan und Baschkortostan. Von Bedeutung sind außerdem der Kiewer Bahnhof für den Verkehr in die Ukraine, der Kursker Bahnhof und der Pawelezer Bahnhof für Züge nach Südrussland, der Rigaer Bahnhof für Züge Richtung Lettland und der Weißrussische Bahnhof für Züge nach Mittel-/Westeuropa und nach Kaliningrad. Der Sawjolowoer Bahnhof, vormals Fernbahnhof für Züge Richtung Rybinsk, wird heute nur für den Regionalverkehr genutzt. Alle Fernbahnhöfe mit Ausnahme des Rigaer Bahnhofs sind mittels einer ringförmig verlaufenden U-Bahn-Linie (Kolzewaja-Linie) verbunden.
Rund um Moskau existiert ein autobahnartig ausgebauter Fernstraßenring (MKAD, von „Московская кольцевая автомобильная дорога“), der einen Umfang von 109 Kilometern besitzt, sowie ein 2003 in Betrieb genommener, innerhalb der Stadt gelegener Dritter Verkehrsring (russ. „Третье транспортное кольцо“). In den nächsten Jahren sollen die beiden noch zusätzlich um einen weiter außerhalb gelegenen Autobahnring erweitert werden.