Tunceli, Doğu Anadolu'nun kuzey ve güneyini birbirine bağlayan Erzincan-Elazığ karayolu üzerinde yer almaktadır. İl topraklarında kuzey-güney yönünde uzanan ve Erzincan'ı Pülümür, Tunceli ve Pertek üzerinden Elazığ'a bağlayan karayolu, Tunceli kentinin içinden geçmektedir. İlçeler, birer il yolu ile bu ana eksene bağlanmaktadır. İlde 524 Km. il yolu, 138 Km. devlet yolu vardır. 372 köyden 371'inin köy yolu bulunmaktadır. Köy yollarının toplamı 2975 Km. olup 165 Km.'si asfalt, 802 Km.'si stabilize, 1618 Km.'si tesviye ve 390 Km.'si ham yoldur.

Tunceli-Erzincan karayolu aynı zamanda Güneydoğu Anadolu'yu Doğu ve Karadeniz Bölgelerine bağlayan devlet karayollarından biridir. Tunceli'nin İç Anadolu ve Karadeniz illeri ile ulaşım bağlantısı, kuzeyde sınırdan geçen Erzurum-Erzincan karayolu ile güney illeri ile olan ulaşım bağlantısı ise Elazığ'dan geçen Bingöl-Elazığ-Malatya karayolu ile sağlanır.

Eskiden Pertek-Elazığ bağlantısını sağlayan köprü, Keban Baraj Gölü suları altında kaldığı için günümüzde Pertek ve Çemişgezek-Akçapınar'da kurulan feribot iskeleleri ile Elazığ yakasına ulaşım sağlanmaktadır. Pertek'te belediyeye ait 1 adet, özel sektöre ait 2 adet feribot vardır. Özel sektöre ait iki feribot her gün dönüşümlü olarak çalışmaktadır. Bir feribotla 15-20 araba taşınabilmekte ve Pertek-Elazığ arasında her gün 07.00-19.00 arasında her saat başı karşılıklı sefer yapılmaktadır. Pertek iskelesinden 10 dakikası feribot ulaşımı, 20 dakikası Elazığ yakasındaki karayolu ulaşımı olmak üzere Elazığ kent merkezine yarım saatte ulaşılmaktadır.Çemişgezek-Akçapınar'dan Elazığ-Fatmalı yakasına Çemişgezek Belediyesine ve özel işletmecilere ait teknelerle her iki saatte bir sefer yapılmakta ve yolculuk yarım saat sürmektedir.

Tunceli-Elazığ kent merkezleri arasındaki uzaklık karayolu ile 136 Km.'dir. Tunceli-Pertek karayolunun Tunceli-Çiçekli ayırımı arasında kalan kısmı, Uzunçayır Barajı tamamlandığında göl suları altında kalacağı için, bu kesimde yol güzergâhı, batıya kaydırılmıştır. Pertek ilçesi üzerinden gidildiğinde Tunceli-Elazığ arasındaki karayolu uzaklığı, Keban Baraj Gölü geçişi hariç 75 Km.'dir.

Tunceli'ye en yakın demiryolu, ilin kuzey sınırında Erzincan topraklarından, güney sınırında ise Elazığ topraklarından geçer.

Tunceli'ye en yakın havaalanı, kent merkezine yaklaşık olarak 120 Km. uzaklıkta yer alan ve iç hatlara hizmet veren Elazığ Havaalanıdır.