L'aéroport est très bien relié à la métropole madrilène par de nombreux moyens terrestres. L'aéroport est accessible par les transports en commun depuis le centre ville. Une nouvelle ligne du métro de Madrid a été ouverte en 2002. Elle relie Nuevos Ministerios à Barajas.
Le Métro de Madrid dessert l'aéroport depuis le centre, par la station Nuevos Ministerios, située dans le centre financier de Madrid. La ligne 8 de Barajas offre un accès ligne ferroviaire rapide en direction de la station souterraine du Terminal 2 (qui donne également accès aux terminaux T1 et T3) et au Terminal 4. Le métro donne également accès au réseau ferroviaire espagnol.
La station de métro de Nuevo Ministerios offrait une possibilité d'enregistrement aux passagers, mais cette facilité a été suspendue définitivement après la construction du Terminal 4. En octobre 2006, un appel d'offre fut ouvert pour la construction d'une liaison entre le Cercanías et la station Chamartin du Terminal 4. Lorsque cette liaison sera achevée, une ligne du Cercanías reliera le Terminal 4 avec la gare de Chamartin et d'Atocha par ligne à grande vitesse AVE.
Un système de transport hectométrique automatique relie le terminal T4 au bâtiment satellite du terminal T4S. Ces véhicules automatiques sur pneus, guidés par un rail central, transportent les passagers entre deux stations, à travers un tunnel.
Cette navette parcourt une distance de 2 100 m et fonctionne 24 heures par jour. Six trains sont opérationnels pour transporter un maximum de 13 000 passagers par heure, à une vitesse maximale de 60 km/h. Le transfert entre les deux stations dure environ 3 minutes, et les trains peuvent évoluer à une fréquence de 2 minutes d'intervalle.
La compagnie des transports municipaux de Madrid opère plusieurs lignes régulières de transport par bus depuis Madrid vers l'aéroport. Le bus 200 s'arrête à côté de la zone de récupération de bagages des terminaux T1 et T2. Le bus 204 s'arrête à la sortie des arrivées du terminal 4. Plusieurs services de bus inter-cités sont également disponibles à l'aéroport.
Des aires de stationnements longue et courte durée sont disponibles comme dans tout aéroport de cette taille. Le P1 est un parking en plein air situé face au terminal 1. Le P2 est un parking couvert donnant un accès direct aux terminaux T1 et T2. Le parking de courte durée est situé face au terminal 2. Il existe également un parking VIP. Un service de navette assure la liaison entre les terminaux et les différents parkings.