Pinneberg liegt im Wesentlichen zwischen der Bundesautobahn 23 mit drei Anschlussstellen im Osten und der Landesstraße 103 im Westen. Seit den 1970er Jahren ist in Pinneberg eine Westumgehung geplant, die die Autobahn mit der L 103 verbinden und damit die Stadt entlasten soll. Das erste Teilstück ist bereits unter dem Namen „Westring“ realisiert worden. Der Baubeginn der beiden verbleibenden Teilstücke erfolgte im Jahr 2015. Diese wurden am 29. September 2019 unter dem Namen „Westumgehung“ für die Öffentlichkeit geöffnet.

Pinneberg wird von der Bahnstrecke Hamburg-Altona–Kiel, die die Altona-Kieler Eisenbahn-Gesellschaft erbaute – der ersten dänischen Eisenbahn – durchquert. Im Zentrum der Stadt befindet sich der Bahnhof Pinneberg, an dem die Regionalzüge von Hamburg-Altona und Hamburg-Hauptbahnhof über Elmshorn nach Itzehoe und Wrist halten. Seit einer Fahrplanumstellung fahren die meisten RegionalExpress-Züge nach Husum und Sylt sowie nach Neumünster, Flensburg und zur Landeshauptstadt Kiel dagegen ohne Halt durch. In Pinneberg endet außerdem die S3 der S-Bahn Hamburg. Das Bahnhofsgebäude aus dem Jahr 1844 ist das älteste noch bestehende Bahnhofsgebäude in Schleswig-Holstein. Seit Ende 2018 wird es grundlegend renoviert und ein neuer Fußgängertunnel gebaut, so dass Fahrgäste zur Nordbahn nicht mehr über den S-Bahn-Bahnsteig gehen müssen.

Eine weitere S-Bahn-Station befindet sich im Ortsteil Thesdorf. Sie hat einen großen Park+Ride-Parkplatz, den viele Fahrgäste aus dem Kreis Pinneberg nutzen (beispielsweise aus Tornesch und Barmstedt außerhalb des Großbereichs des HVV.)

Die Verkehrsbetriebe Hamburg-Holstein (VHH) betreiben in Pinneberg und Umgebung mehrere Buslinien innerhalb des Hamburger Verkehrsverbundes (HVV). Die sieben wichtigsten Buslinien der Stadt sind: