Tscheljabinsk war vor dem Bau der Transsib unbedeutend. Im Jahre 1896 wurden die beiden Linien Tscheljabinsk-Ob (1432 km) und die Bahnlinie Jekaterinburg-Tscheljabinsk (226 km) fertiggestellt. Mit der Bahn kam der industrielle Aufschwung. Tscheljabinsk bildet ein Rüstungs-, Industrie-, Verkehrs- und Kulturzentrum von landesweiter Bedeutung. Die metallurgischen Kombinate gehören zu den größten Russlands und Europas in der Herstellung von:
Eisenlegierungen, Schleifmitteln, Elektroden, Edelstählen
Draht, Großrohre (bis 1220 mm Durchmesser)
Schwermaschinen- und Gerätebau: Werkzeug-, Straßenbaumaschinen, Fertigung von Diesel-, Elektrokränen, Beregnungsanlagen, Uhren (zum Beispiel: Firma Molnija), Radios, Heizgeräten, Messinstrumenten
Traktoren (eines der größten in Russland; zu Zeiten der Sowjetunion hat dieses Werk vorwiegend Panzer hergestellt)
Raupenschlepper
Gütern der chemischen und Leicht- und Nahrungsmittelindustrie
Die Stadt betreibt mehrere Wärmekraftwerke, bildet einen Eisenbahn- und Verkehrsknoten und hat einen Flughafen. Es mündet eine Erdölleitung in der Stadt beziehungsweise hat die Stadt eine Durchleitung einer Gasleitung, die von Samotlor kommt. In der Umgebung existieren Lagerstätten von Braunkohle mit einem Gehalt von etwa 1,5 Mrd. t. Außerdem gibt es weißen Marmor bei Balandino und Kojelga.
In der Nähe von Tscheljabinsk befindet sich die geheime Atomtestsperrzone "Tscheljabinsk 70". Die Existenz des Testgebietes wurde 1992 öffentlich bekannt. In den 80er Jahren ereignete sich nicht weit von Tscheljabinsk ein schweres Zugunglück: zwei vollbesetzte Passagierzüge fingen Feuer, als eine neben den Gleisen verlaufende Erdgaspipeline explodierte, und brannten aus.
Eine U-Bahn (Metro Tscheljabinsk) wird z.Zt. gebaut. Die Hauptlast des öffentlichen Personennahverkehrs trägt aktuell ein für Außenstehende sehr undurchsichtiges System aus Trolleybussen, Straßenbahnen und gewöhnlichen Buslinien. Linientaxis spielen ebenfalls eine wichtige Rolle im öffentlichen Verkehr. Tscheljabinsk besitzt einen kleinen Flughafen mit regelmäßigen Verbindungen nach Moskau, Sankt Petersburg sowie in sibirische Metropolen. Einzelne Direktflüge gibt es in der Reisesaison auch zu deutschen Zielen (Frankfurt am Main, Hannover).
Der Bahnhof von Tscheljabinsk wurde 2005 zum besten Bahnhof Russlands gewählt.