Santa Cruz hat zwei Flughäfen (El Trompillo und Viru Viru Internacional). Eisenbahnlinien verbinden Santa Cruz im Osten mit Porto Suarez an der Grenze zu Brasilien und im Süden mit Yacuiba an der Grenze zu Argentinien. Santa Cruz ist durch Hauptstraßen nach Cochabamba, Yacuiba und ins nördlich gelegene Departamento Beni mit dem Rest des Landes verbunden. Drehscheibe des Personenverkehrs ist der 2001 eröffnete kombinierte Eisenbahn- und Busbahnhof Terminal Bimodal im Osten der Stadt.
Für den innerstädtischen Verkehr besteht ein dichtes Netz von Kleinbussen (Micros) und Linien-Sammeltaxen (Trufis), die ohne feste Haltestellen auf Zuruf oder Winken halten, was insbesondere in engen Straßen im Stadtzentrum (mit vielen Linien) zu Stockungen führt. Versuche der Stadtverwaltung, den Busverkehr durch die Einrichtung verbindlicher Haltestellen ordnen, waren bisher erfolglos. Außerdem kommt es häufig zu Verkehrsbehinderungen durch Händler, die mit ihren Verkaufsständen (verbotenerweise) Gehwege und teilweise sogar Fahrbahnen in Beschlag nehmen, wodurch die Fußgänger auf die Fahrbahnen gedrängt und die Straßen verengt werden. Der Hauptteil des Verkehrsaufkommens besteht aus Bussen und Taxis, der Anteil privater PKW am Straßenverkehr ist (für europäische Verhältnisse) sehr gering.
Die verhältnismäßig engen Straßen im kolonialen Zentrum sind überwiegend Einbahnstraßen, der im Herzen der Altstadt gelegene Platz des 24. Septembers und die unmittelbar anliegenden Straßen sind für Busse und Lastwagen gesperrt und teilweise verkehrsberuhigt.