Der Autoverkehr wird durch Straßenringe in der Innenstadt und zwei Autobahnringe am Rande der Stadt verteilt. Man plant weitere Entlastungs- und Ringstraßen, da das Straßennetz überlastet ist. Oft kommt es auf den Autobahnringen und den Ausfallstraßen zu langen Staus. 1924 fuhren die ersten Omnibusse und am 15. November 1933 der erste Oberleitungsbus in Moskau. Die Stadt verfügt über das längste Oberleitungsbusnetz der Welt.
Moskau verfügt über ein leistungsfähiges System von Untergrundlinien, die Metro Moskau genannt werden. 1932 wurde mit dem Bau begonnen und der erste Streckenabschnitt am 15. Mai 1935 eröffnet. Heute ist ein Netz von 278,3 Kilometern mit zwölf Linien und 172 Stationen in Betrieb. Es werden acht bis neun Millionen Personen pro Tag befördert. Zur Rush-Hour fahren die Züge auf einigen Linien alle 90 Sekunden, zu normalen Verkehrszeiten beträgt der Abstand zwischen den Zügen nicht mehr als zwei bis drei Minuten.
Einige Bahnhöfe der Metro sind mit Mosaiken, Bronzestatuen und Marmor prunkvoll ausgestattet. Die tieferen Stationen können im Verteidigungsfall als Bunker verwendet werden, indem Zugänge und Streckentunnel durch das Schließen entsprechender Schotts abgedichtet werden. Während Bombenangriffen im Zweiten Weltkrieg wurden Metrostationen unter anderem als Lazarette und Kommandopunkte genutzt. Hauptzubringer der Metro in Moskau ist neben städtischen und privaten Buslinien die Moskauer Straßenbahn. Die erste fuhr am 22. Juni 1872 als Pferdebahn; der elektrische Betrieb der Straßenbahn wurde am 6. April 1899 eröffnet. Der innerstädtische Schienenverkehr Moskaus wird ferner durch Nahverkehrszüge sowie die neue Einschienenbahn ergänzt.