Серов является важнейшим транспортным узлом на севере Свердловской области. Здесь пересекается железнодорожный, автомобильный, трубопроводный и воздушный транспорт. От города расходятся 4 железнодорожные ветки:
    * На Сосьву — Алапаевск — Артемовский — Екатеринбург
    * На Верхотурье — Нижний Тагил — Екатеринбург
    * На Краснотурьинск — Волчанск — Североуральск
    * На Андриановичи — Маслово — Ивдель

Между Серовом и Москвой курсирует фирменный поезд № 83/84 «Северный Урал». Время в пути около 33 часов.
Планируется строительство нового железнодорожного вокзала.
Автодороги идут в направлении Екатеринбурга, Сосьвы, Краснотурьинска, Андриановичей. Серов является конечной точкой Серовского тракта. Ведётся строительство дороги Серов — Ивдель, которая является частью масштабного проекта Пермь — Серов — Ханты-Мансийск, финансируемого из федерального бюджета.
В городе находится Серовский аэропорт, но в настоящее время он имеет возможность принимать лишь вертолёты и небольшие самолёты из населённых пунктов Серовского района.