Les transports dans le département français de Loir-et-Cher sont organisés perpendiculairement à l'axe de ce département. La vallée de la Loire, axe majeur abandonné pour le transport fluvial mais équipé d'une autoroute à 2x3 voies (A10) et d'une des lignes ferroviaires classiques les plus performantes de France (Paris-Orléans-Tours), dessert notamment la préfecture du département, Blois ou encore Mer. Dans le nord du département, la vallée du Loir est un axe plus secondaire pour le transport routier et ferroviaire classique, mais la LGV Atlantique dessert Vendôme depuis 1990. Au sud du département, la vallée du Cher est un axe transversal important, tandis que les axes de communication reliant Paris au Massif central passent par Lamotte-Beuvron et Salbris.
Si plusieurs autoroutes et voies ferrées relient donc le département à ses voisins, les déplacements à l'intérieur du département sont en reste : les trois chefs-lieux d'arrondissement (Blois, Vendôme et Romorantin-Lanthenay) ne sont reliés par aucune autoroute ni ligne ferroviaire.
Transport routier thumb|left|Le pont François-Mitterrand sur la RD 951 à Blois. Infrastructures routières
Le principal axe routier du département est l'autoroute A10, qui relie Blois et Mer à Orléans et Tours et au-delà, à Paris et Bordeaux.
L'est et le sud du Loir-et-Cher sont traversés par les autoroutes A71 et A85, qui se rejoignent à proximité de Vierzon ; elles relient Romorantin-Lanthenay et Salbris à Orléans, Paris, Clermont-Ferrand et Limoges (via l'A20) pour la première, Tours pour la seconde.
La route nationale 10 est le principal axe traversant Vendôme ; son doublement par une autoroute A110 Chartres–Tours a été envisagé mais est aujourd'hui abandonné. De toutes les anciennes routes nationales du département, la RN 10 est l'unique subsistante depuis le déclassement dans les années 1970 de nombreuses en routes départementales. Pour pallier le manque d'entretien de cette route par l'État, le département cherche actuellement à en prendre la responsabilité.
+ Identifiant Origine Principales agglomérations desservies dans le département Fin Remarques Autoroute A10 Autoroute A6a et A6b à Wissous (vers Paris) Mer, Blois Bordeaux Autoroute concédée et payante, à 2x3 voies dans le département. Autoroute A71 Autoroute A10 à Ingré (près d'Orléans) Lamotte-Beuvron, Salbris Clermont-Ferrand Autoroute concédée et payante, à 2x2 voies dans le département (2x3 voies au-delà de l'échangeur de l'A85). Autoroute A85 Autoroute A11 à Corzé (près d'Angers) Saint-Aignan, Selles-sur-Cher, Romorantin-Lanthenay, Villefranche-sur-Cher Autoroute A71 à Theillay (près de Vierzon) Autoroute concédée et payante à 2x2 voies. Route nationale 10 Autoroute A11 à Mignières (au sud de Chartres)D'autres sections de la RN 10, discontinues avec celle-ci, existent en Île-de-France depuis Paris-Porte de Saint-Cloud. Fréteval, Vendôme, Saint-Amand-Longpré Autoroute A10 à Autrèche (près de Château-Renault)D'autres sections de la RN 10, discontinues avec celle-ci, existent en Nouvelle-Aquitaine jusqu'à la frontière espagnole et Saint-Sébastien. Certaines sections de cette route sont à 2x2 voies ; la plupart des agglomérations sont évitées. RD 357 (anciennes RN 826 et RN 157) RD 155 à Ormes (près d'Orléans) Ouzouer-le-Marché, Fréteval RN 157 à Épuisay vers le Mans) Second itinéraire de l'ancienne RN 157, après 1972 mais déclassée en 2006. RD 675 (ancienne RN 675) RD 956 à Contres (vers Blois) Saint-Aignan RN 139 à Brantôme (vers Périgueux) RD 724 (ancienne RN 724) RN 76 à la Gendretière (Gièvres, vers Selles-sur-Cher) Romorantin-Lanthenay, Salbris Aubigny-sur-Nère RD 751 (partie ouest de l'ancienne RN 751) Pointe Saint-Gildas (Préfailles) Chaumont-sur-Loire, Blois Blois-Vienne (pont François-Mitterrand) RD 764 (ancienne RN 764) Route nationale 751 à Tivoli (Chailles, près de Blois) Les Montils, Montrichard Loches RD 765 (ancienne RN 765) RD 956 à La Patte-d'Oie (Saint-Gervais-la-Forêt, près de Blois) Cour-Cheverny, Mur-de-Sologne Romorantin-Lanthenay RD 766 (ancienne RN 766) RN 23 à Seiches-sur-le-Loir (vers Angers) Herbault Blois RD 917 (ancienne RN 817) RN 152 à Beaugency Oucques, Vendôme, Montoire-sur-le-Loir RN 138 et 766 à Baugé RD 921 (ancienne RN 821) Chartres Mondoubleau RN 817 à Pont-de-Braye (Lavenay, vers Château-du-Loir) RD 922 (ancienne RN 722) RD 2020 à La Ferté-Saint-Aubin Neung-sur-Beuvron, Romorantin-Lanthenay, Villefranche-sur-Cher RD 2020 à Vatan (vers Châteauroux) RD 923 (ancienne RN 723) RD 956 à la Patte-d'Oie (Saint-Gervais-la-Forêt, près de Blois) Mont-près-Chambord, Bracieux, Neung-sur-Beuvron, Lamotte-Beuvron Sancerre RD 924 (ancienne RN 924) Châteaudun Oucques Blois RD 925 (ancienne RN 825) RN 824 à Thiville (vers Châteaudun) La Croûte (Neung-sur-Beuvron, vers Romorantin-Lanthenay) RD 927 (ancienne RD 827) Pithiviers Connerré (vers le Mans) RD 944 (ancienne RN 144) Salbris Montluçon RD 951 (partie est de l'ancienne RN 751) Blois-Vienne (pont François-Mitterrand) Blois, Saint-Laurent-Nouan Les Fouchards (Boulleret, près de Cosne-Cours-sur-Loire) Contourne désormais les centres-bourg de Blois-Vienne et de Saint-Laurent-des-Eaux (Saint-Laurent-Nouan). RD 952 (ancienne RN 252) RD 2152 à Blois (carrefour de Verdun) Blois A10 à Saint-Denis-sur-Loire (près de Blois) Courte voie d'accès à l'A10 depuis Blois. RD 956 (ancienne RN 156) Blois Contres, Selles-sur-Cher Châteauroux L'axe de l'avenue Wilson en Vienne et la rue Nationale de Saint-Gervais-la-Forêt a été déclassé en RD 956b au profit de la Quatre-Voies et du pont Charles-de-Gaulle. RD 957 (ancienne RN 157) Rennes Vendôme Blois Premier itinéraire de l'ancienne RN 157, jusqu'en 1972. RD 976 (ancienne RN 76) Tours Montrichard, Saint-Aignan, Selles-sur-Cher, Villefranche-sur-Cher RN 7 à Saint-Pierre-le-Moûtier RD 2020 (ancienne RN 20) Paris-Porte d'Orléans Lamotte-Beuvron, Nouan-le-Fuzelier, Salbris Frontière espagnole vers Barcelone RD 2152 (ancienne RN 152) Fontainebleau Mer, Blois, Onzain Saumur
Transport collectif de voyageurs
Le Loir-et-Cher est desservi par le réseau régional de transport routier Rémi (pour RÉseau de Mobilité Interurbaine), qui exploite une vingtaine de lignes dans le département.
Avant la reprise de la compétence par le conseil régional en 2017, le département de Loir-et-Cher organisait le réseau Route41.
Covoiturage et autopartage
Transport ferroviaire Historique thumb|Le Blanc-Argent est l'une des seules lignes à voie métrique en France à conserver un trafic voyageurs jusqu'à nos jours ; ici un autorail en gare de Romorantin en 1992. Le Loir-et-Cher a été desservi par deux des premières lignes de chemin de fer en France, la ligne d'Orléans à Tours (partie d'un axe de Paris à Bordeaux) ouverte en 1846 et la ligne d'Orléans à Vierzon (vers Limoges et Clermont-Ferrand) ouverte en 1847. Les différentes compagnies concessionnaires de ces lignes fusionnent rapidement au sein de la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans (PO), et celle-ci développe le réseau d'intérêt général dans le département tout au long de la deuxième moitié du . Seule l'extrémité nord-ouest du département est desservie par l'Administration des chemins de fer de l'État, dont le réseau est créé par l'assemblage des lignes de plusieurs petites compagnies défaillantes.
En 1900, le chemin de fer d’intérêt général atteignait une grande partie des villes et bourgs du département, dont Blois, Cour-Cheverny, Contres, Lamotte-Beuvron, Mer, Mondoubleau, Montoire-sur-le-Loir, Montrichard, Mur-de-Sologne, Onzain, Romorantin-Lanthenay, Saint-Aignan, Salbris, Selles-sur-Cher et Vendôme. Par souci d'économie, certaines lignes d'intérêt général sont construites à l'écartement métrique, comme la ligne de Blois à Saint-Aignan-sur-Cher mise en service en 1899 et Le Blanc-Argent ouvert en 1901-1902.
Le Loir-et-Cher a également été desservi à partir de 1888 par le réseau de chemin de fer d’intérêt local de la Compagnie des tramways de Loir-et-Cher, complété à partir de 1913 par celui des Tramways électriques de Loir-et-Cher. Herbault, Ouzouer-le-Marché ou La Ville-aux-Clercs font partie des communes desservies ; Les Montils, Neung-sur-Beuvron et Oucques sont même des nœuds de ces réseaux de tramway. Ces deux réseaux, qui totalisaient à leur apogée près de de voies (dont quelques dizaines dans les départements voisins), disparaissent en 1933-1934.
Les sections de ligne d'Orléans à Vierzon et d'Orléans à Tours sont parmi les premières électrifiées en France, entre 1926 et 1933.
Le , l'entrevue dans la gare de Montoire entre Philippe Pétain et Adolf Hitler lance la collaboration de la France de Vichy avec l'Allemagne nazie.
En 1990, la ligne de Paris-Austerlitz à Bordeaux-Saint-Jean, qui accueillait certains des trains les plus performants de France, est abandonnée par le trafic Grandes Lignes au profit de la nouvelle LGV Atlantique : la gare de Blois perd alors ses trains directs pour le sud-ouest au profit de la nouvelle gare TGV de Vendôme–Villiers-sur-Loir, qui n'est plus qu'à une quarantaine de minutes de Paris.
Situation actuelle thumb|Une rame Z 21500 TER Centre-Val de Loire en gare de Blois–Chambord.
Les principales gares de voyageurs sont celles de Blois–Chambord et Vendôme–Villiers-sur-Loir, avec une fréquentation annuelle respective de et en 2019..
Les quatre lignes ferroviaires principales de Loir-et-Cher sont la ligne de Paris-Austerlitz à Bordeaux-Saint-Jean, la ligne des Aubrais–Orléans à Montauban–Ville-Bourbon, la ligne de Vierzon à Saint-Pierre-des-Corps et la LGV Atlantique (ligne à grande vitesse). Si toutes ces lignes sont bien équipées (double voie, électrification), une part importante de leur trafic (sauf pour la première) traverse le département sans le desservir.
Deux lignes plus secondaires complètent le tableau : la ligne de Brétigny à la Membrolle-sur-Choisille et la ligne de Salbris au Blanc (aujourd'hui limitée à Valençay et plus connue sous le nom de Blanc-Argent). Cette dernière est l'une des dernières lignes à voie métrique en France ; elle est exploitée par la Compagnie du Blanc-Argent (filiale de Keolis) selon des règles d'exploitation dérogatoires (certains arrêts sont facultatifs).
+ Ligne de Paris-Montparnasse à Monts (LGV)(LGV Atlantique branche sud-ouest) Ligne à grande vitesse, à double voie électrifiée en courant alternatif 25 kV 50 Hz, destinée uniquement aux trains de voyageurs. Ligne de Courtalain à Connerré (LGV)(LGV Atlantique branche ouest) Ligne à grande vitesse, à double voie électrifiée en courant alternatif 25 kV 50 Hz, destinée uniquement aux trains de voyageurs. Ligne de Paris-Austerlitz à Bordeaux-Saint-Jean Double voie électrifiée en courant continu 1500 V, ouverte aux trafics de fret et de voyageurs. Ligne des Aubrais - Orléans à Montauban-Ville-Bourbon Double voie électrifiée en courant continu 1500 V, ouverte aux trafics de fret et de voyageurs. Ligne de Vierzon à Saint-Pierre-des-Corps Double voie électrifiée en courant alternatif 25 kV 50 Hz dans le département, ouverte aux trafics de fret et de voyageurs. Ligne de Brétigny à La Membrolle-sur-Choisille Voie unique non-électrifiée, ouverte aux trafics de fret et de voyageurs. Ligne de Salbris au Blanc (Blanc-Argent) Voie unique non-électrifiée à écartement métrique, ouverte au seul trafic de voyageurs. Ligne de Pont-de-Braye à Blois Voie unique non-électrifiée ouverte au seul trafic de fret de Thoré-la-Rochette à Vendôme et de Villefrancœur à Blois. Les autres sections sont non-exploitées, en partie fermées et en partie déclassées. Un train touristique circule entre Troo et Thoré-la-Rochette. Ligne de Chartres à Bordeaux-Saint-Jean De la limite de l'Eure-et-Loir à Mondoubleau : voie unique non-électrifiée officiellement ouverte au trafic de fret, mais en pratique, aucun train ne dépasse Droué.