由於長沙城處於從丘陵向平原的過渡地帶。西側為低山區，碧虛嶺海拔300.8米，為嶽麓山高峰。山前有天馬山、鳳凰山大小崗丘羅列；山後有桃花嶺、金牛嶺等。西北分布著元古代震旦紀期的淺變質巖和板巖組成的丘陵。由於地層巖質堅，自然剝蝕作用緩慢，成了谷山、尖山、烏山等數座孤峰。 東北側為花崗巖低山丘陵地帶，地表發育的土壤多為沙土，山勢較陡峭，山脊多不相連。 距長沙約30公裏有黑麋峰，海拔591米。 再東北有影珠山、天華山、飄風山、明月山等。東側和東南側為紅巖丘崗，海拔壹般100米左右。大多數小山丘巖質松散，易風化成紅巖崗地；個別因巖基堅硬，仍聳立於丘崗之中。烈士公園北端的羅洋山，東面受瀏陽河切削，懸巖壁立。
盆地中心為沿江的沖擊臺地，是長沙城市建的主要地帶。其地層主要是第四紀更新世的沖積性網紋紅土和砂礫。 湘、瀏陽河二水交匯的新河三角洲為第壹級臺地，海拔約30米，高出湘江常水位約10米。五壹廣場壹帶為第二級臺地，高出湘江常年水位約30米，長古城主要分布在這壹級臺地。 今天的長沙城已擴展到了第六、第七級臺。由於其地表為粘土砂礫層，且巖基結構堅硬，每平方米可承壓2.5-3萬公斤， 高者達5萬公斤，適宜於建設高層建築。由於盆地內臺地是由崩塌的砂巖與粘土構成，地層中孔隙多，有較好的含水層，地下水源豐富。古時沙城中水井比比皆是，清澈甘冽，四時不竭，白沙井、鴛鴦井、水風井等邇聞名。在五壹廣場壹帶，曾發掘出戰國、東漢、三國時期的古井數十眼。 湘江是長沙的母親河，過昭山而進入長沙城，經三汊磯又轉向西北，至喬口而出望城區，再過嶽陽入洞庭，流經長沙市境約25公裏。
長沙地區流入湘江的支流有15條，最大的是瀏陽河。瀏陽河發源於大圍山，全長234公裏。發源於瀏陽大柱峰的撈刀河，發源於寧鄉溈山的溈水，也於長沙市區註入湘江。這些大小支流，因受湘瀏盆地地形的控制，大都發源於盆地邊緣的丘崗地區，且流向盆地底部的市區與湘江匯合，而河網密布，湖泊珠聯，使長沙城三面環水。湘江及其支流，水量充沛，長沙段水流量達2370秒立方米。 長沙是國家交通樞紐，京廣鐵路貫穿城區南北，滬昆鐵路連接東西；京廣高速鐵路與滬昆高速鐵路在長沙火車南站交匯。此外還有連接長沙與常德石門的石長鐵路。 規劃建設的重慶-長沙-廈門鐵路將從長沙西站引出。
長沙站位於芙蓉區車站中路與五壹大道交匯處以東、京廣線客車外繞線上。京廣鐵路、石長鐵路及長株潭城際鐵路在本站交匯。
長沙南站位於雨花區花侯路以東，是連接京廣高速鐵路與滬昆高速鐵路的重要樞紐，中南地區的區域性鐵路客運中心。 城區主幹道有五壹大道、芙蓉路、東風路、韶山路、中山路、黃興路、湘江路、瀟湘路、人民路和八橋三環：橘子洲大橋、銀盆嶺大橋、猴子石大橋、月亮島大橋、黑石鋪大橋、三汊磯大橋、福元路大橋、長沙湘府路大橋、壹環線、二環線、三環線。二隧：營盤路湘江隧道、南湖路湘江隧道。由於跨越主城區的湘江壹、二、三橋的過江交通流量壹直處於超負荷運行，造成長沙交通擁堵，也長期為市民詬病。2013年12月30日，三環已完全貫通。 通過二環線、三環線、長沙大道、金洲大道、楓林西路等，將長沙縣和寧鄉縣漸漸融入長沙城區。長瀏高速使瀏陽市距離長沙不到壹小時的車程 。長沙也在城市的東南西北各設立了長途汽車站，在長沙火車站設立了長株潭客運汽車站。
截止2010年底，長沙公路通車裏程達到15306.54千米，公路密度達到129.51千米/百平方千米，其中高速公路總裏程286.94千米。另有3條國道、14條省道和106條縣道密集分布，等級公路總裏程為12346.90千米。連接和貫穿長沙城區的高速公路有京港澳、長永、長吉、長張、長潭西、長沙繞城高速公路、機場和長株高速等。作為渝長高速壹段的長吉高速在湖南境內也已全線貫通。長瀏高速公路向東經過瀏陽市區後，通過大圍山區延伸到江西省。京珠高速公路復線的壹段長株高速公路已建成通車。長潭西線高速公路更是將長沙河西與湘潭市區的通勤時間縮短至20分鐘。連接長沙國道有106國道、107國道和319國道。 主詞條：長沙黃花國際機場
長沙的民用機場有長沙黃花國際機場。黃花國際機場位於長沙東郊的長沙縣黃花鎮，距離市區約22公裏，有機場高速和長永高速直達。機場可直航境內75個主要城市和香港、曼谷、首爾、釜山、大阪等境外城市，2009年初開通了直航臺北、新加坡、高雄的航線。2013年8月20日，黃花機場旅客吞吐量為突破千萬人次，連續五年躋身“千萬機場俱樂部”。 2014年，黃花機場完成旅客吞吐量1802.1萬人次，位居全國第12位，中部地區首位。
大托鋪機場位於長沙南郊三環線以外，以前為軍民兩用機場，今為專用軍事機場，未來將遷往長沙市寧鄉縣東南部地區。 主詞條：長沙港
長沙港可通江入海，已與長江沿岸及南京、上海、連雲港等港口通航。長沙輪船客運中心站每天有到益陽、津市、安鄉、常德、茅草街、湘潭、湘陰、嶽陽等地的班船。此外，長沙有湘江千噸級航道和有全國最大的內河主樞紐港——霞凝新港。已建成壹、二期，港口吞吐量達1100多萬噸，其中港口國際集裝箱吞吐量36萬標箱，重件雜貨350萬噸。 主詞條：長株潭城際鐵路、長益常城際鐵路
長株潭城際鐵路是連接長沙、株洲、湘潭三個城市群的城際快速鐵路。城際鐵路全長96公裏，***設21站，設計目標時速為200公裏。工程預計於2016年竣工通車，長株潭三市之間的交通時間將縮短為30分鐘以內。
長益常城際鐵路連接長沙、益陽、常德，總長170公裏，***設14個站點，為客運專線，上下行雙線，速度目標值250公裏/小時及以上，全部為電力牽引和自動控制。
城際鐵路使用雙線，區段最高設計行車速度200公裏/小時；采用電力牽引，自動控制。長沙、暮雲、株洲、湘潭站到發線有效長度650米，其余車站450米。長株潭“兩型試驗區”城際鐵路將分期建設,首期96公裏城鐵連接長沙、株洲、湘潭城市群，後期上千公裏城鐵則通過幹線和支線連接嶽陽、常德、益陽、婁底、衡陽五市及壹些縣市。 主詞條：長沙軌道交通
長沙軌道交通，是服務於長沙市的軌道交通系統，目前已運營長沙地鐵2號線，全長26.711千米，設車站23座。中低速磁浮快線已於2016年1月4日試運行，該線路是中國首條擁有完全自主知識產權的中低速磁浮鐵路。 線路起止站全長運行狀態長沙中低速磁浮快線長沙南站——黃花機場18.55千米試運行長沙地鐵1號線汽車北站——尚雙塘23.569千米2016年運行長沙地鐵2號線梅溪湖西——光達26.711千米已運行長沙地鐵3號線山塘——廣生41.4千米2018年通車長沙地鐵4號線普瑞大道——桂花大道33.7千米2019年通車長沙地鐵5號線蟠龍路——時代陽光大道22.7千米2018年通車長沙地鐵6號線麓雲路——黃花機場不詳2020年通車其他線路7號線 8號線9號線10號線11號線12號線
參考資料：
2015年9月，長沙市內***有湖南巴士、龍驤巴士和寶駿巴士等3家從事公交運營的公司，望城區內雷鋒巴士和眾旺公交等2家，長沙縣內有星通公交、星沙公交等3家。市內擁有營運線路168條市區線+31條長沙縣線+20條望城區線，線路總長度2071.9公裏（市區），營運車輛3359標臺（市區），公交從業人員9683人（市區），日客運量254.55萬人次，公交出行分擔率為34.17%左右。
快速公交（BRT）
主詞條：長沙快速公交 線路名稱始發站終到站狀態備註萬家麗線湘龍路龍塘樞紐站市廣電中心站即將運營全線約20.1公裏1號線長沙火車站中信新城規劃 \2號線濱江新城赤崗沖規劃\3號線長沙火車站星馬片區（星沙北）規劃\4號線長沙火車站金霞組團規劃\5號線 雷鋒鎮桐梓坡規劃\6號線坪塘街道黃興鎮規劃\
公交停車場&公交專用車道大數據
長沙市擁有公交停車場25個，停車面積165810㎡；設置公交中途停靠站1953個，其中港灣式停靠站94個，占市區公交停車站的4.81%；在金星路、芙蓉南路、萬家麗路、嶽麓大道、湘府路、蔡鍔路、車站路、中山路、解放路、西湖路/城南路、五壹大道等11條道路已設置公交專用車道67.1公裏。