Die Stadt ist der bedeutendste Verkehrsknotenpunkt Bulgariens mit dem internationalen Flughafen sowie Eisenbahn- und Straßenverbindungen in alle Teile des Landes.
Der Flughafen Sofia befindet sich zehn Kilometer östlich der Innenstadt am Autobahnring der Hauptstadt. Er ist der wichtigste Flughafen des Landes und Heimatbasis für die beiden bulgarischen Gesellschaften Bulgaria Air und Hemus Air. Seit April 2003 baute die österreichische STRABAG den Flughafen aus: Der Terminal und die Landebahn wurden erneuert, die Kapazität auf 2,5 Millionen Passagiere erhöht.
Die Stadt ist wichtigster nationaler Eisenbahnknotenpunkt mit acht Bahnhöfen und internationalen Verbindungen in die Türkei, nach Griechenland und Mazedonien. Der zentrale Fernbusbahnhof liegt zwischen Hauptbahnhof und Princess Hotel im Stadtzentrum. Täglich fahren von dort Busse nach Mazedonien (Ohrid, Strumica, Skopje), nach Serbien (Niš), in die Türkei (Istanbul),nach Griechenland (Athen, Thessaloníki)und nach Österreich (Wien). Von dem direkt anliegenden, alten, inoffiziellen Fernbusbahnhof werden Ziele in ganz Europa angesteuert, u.a. fahren von dort täglich mehrere Busse nach Deutschland.
Durch Sofia verlaufen zwei wichtige internationale Fernstraßen, die Europastraße 79 von Oradea in Rumänien nach Thessaloníki in Griechenland und die Europastraße 80 von Lissabon in Portugal nach Doğubeyazıt in der Türkei.