На территории района расположены две : с запада на восток Москва — Казань и с севера на юг Нижний НовгородРузаевка — Пенза. На этих железнодорожных линиях в пределах района расположены две станции: Пешелань и Балахониха. Магистраль Москва — Казань - это наименее протяжённый (около 1700 км. от Москвы до Екатеринбурга) и наиболее быстрый путь из центральных районов России на Урал, в Сибирь и на Дальний Восток. Железная дорога двухпутная, электрифицирована по системе переменного тока (25 кВ, 50 Гц). Рокадная магистраль Нижний Новгород — Пенза соединяет Северный ход Горьковской железной дороги, её Южный ход (магистраль Москва — Казань) с главными направлениями Куйбышевской железной дороги Москва — Самара — Уфа — Челябинск, Пенза — Самара. Магистраль в пределах района однопутная с двухпутными вставками, севернее Арзамаса движение на электровозной тяге (25 кВ, 50 Гц), южнее - на тепловозной. Существует проект электрификации линии до станции Красный Узел (в настоящее время проект приостановлен). На данных железнодорожных линиях развито пригородное пассажирское сообщение электропоездами до Нижнего Новгорода, Мурома, восточных и южных частей Нижегородской области. Также в районе имеется узкоколейная ветка на Пешеланском гипсовом заводе "Декор-1", которая используется в качестве технологической. —

В Арзамасском районе имеется 363,05 километров территориальных автодорог общего пользования с твёрдым покрытием, которые находятся в государственной собственности и числятся на балансе ГУ «Главного управления дорожного и транспортного хозяйства Нижегородской области».

Из общего объёма автодорог: - межобластного значения — 24,96 километров; - областного значения — 36,80 километров; - районного значения — 301,29 километров, в том числе с автобусным движением — 219,46 километров; без автобусного движения — 81,83 километров.

Через район проходит автомобильная дорога республиканского значения Р158 Нижний Новгород — Саранск. Кроме того, район напрямую связан с Москвой (по трассам районного значения - через Ардатов, Выксу, Муром, Касимов.