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1910 erhielt der Ort Anschluss an das Eisenbahnnetz. 1965 ist auf der Strecke der planmäßige Personenverkehr eingestellt worden. Nach Jahren der Stilllegung wurde im Dezember 1996 die Schönbuchbahn wieder in Betrieb genommen. Drei Haltestellen in Holzgerlingen binden die Stadt über Böblingen an das Stuttgarter S-Bahn-Netz an.

Die Bundesstraße 464 (Sindelfingen–Reutlingen) verbindet Holzgerlingen mit dem überregionalen Straßennetz. Bereits 1934 erhielt die Stadt eine Ortsumgehung. Dadurch blieb der Innenstadtbereich bis heute vom Durchgangsverkehr weitestgehend verschont. Die B 464 ist heute teilweise als vierspurige Schnellstraße ausgebaut.