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Heidenheim ist traditionell stark industriell geprägt. Im Jahr 2006 waren 43,2 % der sozialversicherungspflichtigen Beschäftigten im produzierenden Gewerbe tätig. Größter regionaler Arbeitgeber ist Voith (Maschinenbau) mit ca. 4.500 Arbeitsplätzen. Weitere Industrien sind Verbandsstoffe (Hartmann Gruppe), Verpackungsmittel (Carl Edelmann), Elektronik (Osram, Epcos), Schwenk Zement und eine Reihe mittelständischer Unternehmen. Ferner haben die Carl-Zeiss-Stiftung und auch die IHK Ostwürttemberg hier ihren Sitz.

Die Stadt liegt an der Brenzbahn Aalen–Heidenheim–Ulm und gehört dem Heidenheimer Tarifverbund an. Im Stadtgebiet versorgen mehrere Buslinien der HVG den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV).

Durch die nahegelegene A 7 mit eigener Ausfahrt sowie die durch Heidenheim führenden B 19 und B 466 besteht eine gute Anbindung an das deutsche Fernstraßennetz.

Rund 20 Kilometer nordöstlich von Heidenheim liegt der Flugplatz Aalen-Heidenheim. Er wird nicht im Linienverkehr angeflogen.

Der Hohenlohe-Ostalb-Weg führt als Fernradweg von Rothenburg ob der Tauber über die Ostalb nach Ulm an die Donau.

Heidenheim an der Brenz verfügt über ein Amtsgericht, das zum Landgerichtsbezirk Ellwangen und zum Oberlandesgerichtsbezirk Stuttgart gehört, sowie über ein Finanzamt und ein Notariat. Ferner ist die Stadt Sitz des Landratsamts Heidenheim.

Die Stadt ist Sitz eines Dekans im Evangelischen Kirchenbezirk Heidenheim, der der Evangelischen Landeskirche in Württemberg innerhalb der Prälatur Ulm zugeordnet ist. Das katholische Dekanat Heidenheim des Bistums Rottenburg-Stuttgart hat in der Stadt ebenfalls seinen Sitz.

Zwischen Februar 1967 und August 2012 betrieb das Land Baden-Württemberg in der Helmut-Bornefeld-Straße im Stadtzentrum die Justizvollzugsanstalt Heidenheim. In der ersten Jahreshälfte 2014 wurde der Gebäudekomplex abgerissen. Auf dem Gelände entstand bis 2017 das neue Gebäude der Stadtbibliothek Heidenheim.

In Heidenheim erscheinen als Tageszeitungen die Heidenheimer Zeitung und die Heidenheimer Neue Presse. Wöchentlich erscheint am Mittwoch das Anzeigenblatt Neue Woche. Der Verlag der Heidenheimer Tageszeitungen veröffentlicht zudem monatlich das Jugendmagazin Noise und vierteljährlich das Magazin Daheim. Außerdem erscheint als eigenständiges Anzeigenblatt an jedem Mittwoch die WochenZeitung aktuell Heidenheim.

Auf Schloss Hellenstein betreibt der SWR eine Sendeanlage für vier seiner UKW-Hörfunkprogramme und das Fernsehprogramm Das Erste. Vom Funkturm am Schmittenberg (48° 41′ 1″ N, 10° 9′ 39″ O48.68361111111110.160833333333) werden die Hörfunkprogramme Radio Ton (104,2 MHz), Deutschlandradio Kultur (100,8 MHz) und Deutschlandfunk (94,0 MHz) abgestrahlt.

In Heidenheim gibt es die Duale Hochschule Baden-Württemberg Heidenheim, fünf allgemeinbildende Gymnasien (Hellenstein-, Max-Planck-, Schiller-, Werkgymnasium und die Freie Waldorfschule Heidenheim), drei Realschulen (Adalbert-Stifter- und Eugen-Gaus-Realschule sowie die staatlich anerkannte Realschule der Freien Evangelischen Schule (FES)), drei berufliche Gymnasien (Technisches, Ernährungswissenschaftliches, Sozialwissenschaftliches und Wirtschaftsgymnasium), zwei Förderschulen (Christophorusschule, Ostschule), zwei Grund- und Werkrealschulen (Hirscheckschule Schnaitheim und Westschule), eine Gemeinschaftsschule (Friedrich-Voith-Schule) sowie sechs selbständige Grundschulen (Bergschule, Grundschule Großkuchen, Grundschule Oggenhausen, Grundschule Reutenen, Mittelrainschule Schnaitheim und Rauhbuchschule) und eine Grund- und Förderschule (Silcherschule Heidenheim).

Der Landkreis Heidenheim ist Schulträger der Beruflichen Schulen (Technische Schule – Heid Tech, Kaufmännische Schule und Maria-von-Linden-Schule – Hauswirtschaftliche Schule) sowie der Arthur-Hartmann-Schule für Sprachbehinderte mit Schulkindergarten.

Die privaten Schulen Abendrealschule Heidenheim e. V., Freie Evangelische Schule Heidenheim e. V. (Kindertagesstätte, Grundschule, Realschule und Gymnasium), Freie Waldorfschule Heidenheim, Karl-Döttinger-Schule (Sonderschule, Sonderberufs- und Berufsfachschule), Königin-Olga-Schule (Heimsonderschule mit Schulkindergarten für blinde und sehbehinderte Kinder und Jugendliche mit mehreren Behinderungen der Nikolauspflege Stuttgart), Private Berufsfachschule Dr. Engel, Schulkindergarten für Geistigbehinderte der Lebenshilfe und der inklusiven Kindertagesstätte Villa Kunterbunt für Kinder mit und ohne Behinderung der Konrad-Biesalski-Schule (Betrieb der Reha-Südwest Ostwürttemberg-Hohenlohe gGmbH) runden das schulische Angebot in Heidenheim ab.

Der größte Fußballverein der Stadt, der 1. FC Heidenheim, spielt seit der Saison 2014/2015 in der 2. Bundesliga. Sein Heimstadion ist das ehemalige Albstadion auf dem Schlossberg, die heutige Voith-Arena. Das Stadion ist mit 555 m ü. NHN das höchstgelegene Stadion im deutschen Profifußball. Es fasst 15.000 Zuschauer. Am 17. September 2014 fand mit dem WM-Qualifikationsspiel der deutschen Fußballnationalmannschaft der Frauen gegen Irland erstmals ein Länderspiel in Heidenheim statt.

Der größte Sportverein Heidenheims ist der Heidenheimer SB. Er bietet zahlreiche Sportarten an. Des Weiteren gibt es einen Tennisclub, den TC Heidenheim. Der Sportverein Mergelstetten wurde international bekannt durch den Gewinn mehrerer Weltmeistertitel im Kunstradfahren.

Heidenheim hat eine Fechtsport-Tradition, die Athleten sind erfolgreich bei nationalen und internationalen Wettkämpfen: eine Silbermedaille bei den Olympischen Spielen, acht Weltmeistertitel, sieben Europameisterschaften und 146 deutsche Meisterschaften.

Einen weiteren sportlichen Höhepunkt bietet der seit 2003 jährlich stattfindende Heidenheimer Sparkassen-Stadtlauf. Er unterteilt sich in einen Halbmarathon und einen Zehn-Kilometer-Lauf. Außerdem gibt es Skaterläufe über 10 und 21,1 Kilometer.

Der Baseballclub der Stadt, die Heidenheim Heideköpfe, wurde 2009, 2015, 2017, 2019 und 2020 Deutscher Baseballmeister. Zudem gewannen die Heidenheim Heideköpfe 2020 auch den CEB Europapokal. Der Spielort der Heideköpfe, der New Heideköpfe Ballpark, war im Sommer 2010 einer von drei Spielorten der Baseball-Europameisterschaft 2010.

2007 fand in Heidenheim der DFB-Futsal-Cup statt.

Die Stadtverwaltung Heidenheim betreibt zwei Freizeitbäder, das HellensteinBad aquarena auf dem Galgenberg und das am westlichen Ortsrand gelegene Waldfreibad.

2014 fanden im HellensteinBad aquarena die Deutschen Meisterschaften im Rettungsschwimmen statt.

Seit 2012 findet jedes Jahr Anfang Oktober die ADAC Rallye Baden-Württemberg mit ihren Wertungsprüfungen in und um Heidenheim statt.

Der Verein Sportpark am Hochberg Heidenheim e. V. betreibt einen ganzjährig einen Schlepplift am Hochberg im Westen von Heidenheim der im Sommer von den Radsportlern und im Winter von den Wintersportlern genutzt wird.