Luleås flygplats, Luleå Airport, ligger ca en mil utanför centrum och är landets femte största inrikesflygplats i antal resenärer räknat. Till Stockholm finns 10-15 dagliga förbindelser, resetiden är ca en timme. Direktflyg finns även till bl a Umeå, Sundsvall, Göteborg och Östersund. Året om går charterflyg till turistorter utomlands.
Den goda infrastrukturen gör Luleå till ett kommunikationscentrum i Barentsregionen. En internationell fraktflygplats, Kallax Cargo, med Sveriges längsta landningsbana finns i Luleå.