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Im Jahre 2018 erbrachte Heilbronn, innerhalb der Stadtgrenzen, ein Bruttoinlandsprodukt (BIP) von 6,993 Milliarden Euro und belegte damit Platz 55 in der Rangliste der deutschen Städte nach Wirtschaftsleistung. Das BIP pro Kopf lag im selben Jahr bei 52.004 Euro (Baden-Württemberg: 43.632 Euro, Deutschland 38.180 Euro) und liegt damit deutlich über dem regionalen und nationalen Durchschnitt. In der Stadt gab es 2016 etwa 96.500 erwerbstätige Personen. Die Arbeitslosenquote lag im Dezember 2018 bei 4,6 Prozent (im Landkreis Heilbronn betrug sie 2,8 Prozent).

Die Heilbronner Gewerbestruktur hat sich beständig gewandelt. Dominierten zu Beginn der Industrialisierung Betriebe der Nahrungs- und Genussmittelindustrie, der chemischen sowie der Papier- und der Silberwarenindustrie, so gesellten sich diesen bald die Branchen Steine und Erden sowie Textil hinzu. Manche Industriezweige wie etwa die Textil- und die Silberwarenindustrie sind heute vollkommen verschwunden, während sich andere neu angesiedelt haben, etwa die holz- und die metallverarbeitende Industrie. Heute haben vor allem die Metallindustrie (Kraftfahrzeugzubehör und Werkzeugbau), die Elektroindustrie, der Nahrungs- und Genussmittelwirtschaftszweig, die Papier- und Druckindustrie, die chemische Industrie sowie der Salzbergbau Bedeutung.

Im Jahr 2010 umfasste der Wirtschaftsstandort Heilbronn rund 92.000 Arbeitsplätze. Die zehn größten Arbeitgeber sind: Campina, Heilbronner Stimme, Illig Maschinenbau, Kaufland (und Kaufland-Stiftung), Kreissparkasse Heilbronn, Landratsamt Heilbronn, SLK-Kliniken, Südwestdeutsche Salzwerke, Unilever und die Stadt Heilbronn selbst.

Unter den rund 61.000 sozialversicherungspflichtigen Beschäftigten arbeiten rund 30 Prozent im produzierenden Gewerbe, 24 Prozent in Handel, Gastgewerbe und Verkehr sowie 46 Prozent in sonstigen Dienstleistungsbetrieben. In Heilbronn gibt es außerdem rund 1500 Handwerksbetriebe. Der Einzelhandelsumsatz betrug im Jahr 2010 rund 950 Millionen Euro.

Im sogenannten „Zukunftsatlas“ aus dem Jahr 2019 belegte der Stadtkreis Heilbronn Platz 32 von 401 Landkreisen und kreisfreien Städten in Deutschland und zählt damit zu den Orten mit „sehr hohen Zukunftschancen“.

Die Industrialisierung in Heilbronn ging von der Heilbronner Papierindustrie aus. Während die Papierherstellung der Gebrüder Rauch und von Gustav Schaeuffelen bereits bis zum Zweiten Weltkrieg einging, haben Papierverarbeiter und -großhändler wie Baier & Schneider (Markenname Brunnen), Berberich Papier, Mayer-Kuvert und Kilian-Verpackung bis heute Bedeutung.

Das Unternehmen Wolffkran, im Jahr 1854 von Friedrich August Wolff in Heilbronn als Eisengießerei gegründet, ist einer der ältesten Kranhersteller in Deutschland. Heute sitzt die Firmenzentrale des inzwischen internationalen Kranherstellers in Zug in der Schweiz. Wolffkran produziert nach wie vor Baukrane in Heilbronn, seit 2008 auch in Luckau.

Das Chemieunternehmen Brüggemann wurde 1868 in Heilbronn gegründet. Das Unternehmen stellt hauptsächlich Alkohole, Kunststoffadditive, Reduktionsmittel und Zinkverbindungen her.

Das Unternehmen „Schill + Seilacher“ (Chemikalien für die Lederherstellung) wurde 1877 von Christoph Seilacher und seinem Schwager Karl Schill in Heilbronn gegründet, aber bereits 1881 nach Stuttgart-Feuerbach verlegt. Heute befindet sich der Firmensitz in Böblingen.

Seit 1914/15 besteht das Unternehmen KACO, ein weltweit tätiger Hersteller von Spezial-Dichtungen und Wechselrichtern, der inzwischen zur chinesischen Zhongding Group gehört.

Ab 1925 bestand in Heilbronn ein Automobilwerk des Neckarsulmer Unternehmens NSU, das 1928 von Fiat übernommen wurde und fortan NSU-Fiat-Personenkraftwagen baute. In den Jahren 1952 bis 1955 wurde dort ein Modell des Fiat 500 gefertigt, 1960 das Modell 1100 D. Ab 1973 charge Fiat Deutschland eine bloße Vertriebsgesellschaft mit Sitz in Heilbronn, die Zentrale wurde 1996 nach Frankfurt am Main verlegt. In Heilbronn sind weitere Unternehmen des Konzerns wie die Fiat Bank GmbH ansässig.

Das Maschinenbauunternehmen Illig wurde 1946 in Heilbronn gegründet und ist spezialisiert auf Form- und Stanzmaschinen, vor allem auf Thermoformmaschinen. Das Unternehmen zählt inzwischen zu den zehn größten Arbeitgebern in der Stadt.

Die seit 1950 in Heilbronn ansässige Läpple-Gruppe, ein Automobilzulieferer und Werkzeugbauer, beschäftigte über 2.100 Mitarbeiter im Jahr 2012, einen Großteil davon in Heilbronn.

Aus dem 1960 eingeweihten Heilbronner Halbleiter-Werk des Telefunken-Konzerns ging der 50.000 Quadratmeter große Telefunkenpark hervor. Mehrere Nachfolgeunternehmen von Telefunken, darunter Azur Space Solar Power, AIM Infrarot-Module und Vishay produzieren im Telefunkenpark Halbleiter und Solarzellen. Die Waferproduktion von Atmel wurde an Telefunken Semiconductors verkauft, die seit Februar 2015 insolvent ist. Mit Stand September 2015 beschäftigten dort fünf Unternehmen rund 1.200 Mitarbeiter.

Seit 1948 cap der bekannte Hersteller von Kopfhörern und Mikrofonen, die beyerdynamic GmbH & Co. KG, seinen Hauptsitz in Heilbronn. Nach völliger Zerstörung der Produktionsstätte in Berlin begann der Wiederaufbau des Unternehmens in Heilbronn als Eugen Beyer Elektrotechnische Fabrik. Bis heute befindet sich das mittelständische Unternehmen mit etwa 400 Mitarbeitern in Familienbesitz.

Das in Ulm gegründete Handelsunternehmen Pflanzen-Kölle cap seit 1890 seinen Hauptsitz in Heilbronn und (Stand 2021) etwa 1600 Beschäftigte. Die von 1904 bis 1980 in Heilbronn bestehende Gustav Lichdi AG gehörte ab 1950 zu den ersten Handelsketten mit Selbstbedienungsläden. Das im benachbarten Neckarsulm ansässige Unternehmen Kaufland und die zugehörige Kaufland-Stiftung haben auch in Heilbronn Filialen und Verwaltungseinrichtungen, so dass das zur Unternehmensgruppe des Heilbronner Ehrenbürgers Dieter Schwarz zählende Unternehmen zu den zehn größten Arbeitgebern in Heilbronn zählt.

Zu den traditionsreichsten Unternehmen in Heilbronn zählt die Buchhandlung Fr. Stritter, die seit 1688 besteht.

Annähernd 30 Banken sind im Stadtkreis Heilbronn vertreten, und das Bankgeschäft blickt am Ort auf eine lange Tradition zurück. Schon im 11. Jahrhundert sollen sich in Heilbronn Bankiers aufgehalten haben, die südfranzösischen sogenannten „Kawerschen“. Seit der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts ist Heilbronn ein wichtiger Bankenstandort. Die erste Bank am Ort warfare die Privatbank Rümelin & Co, die gute Verbindungen zu Instituten in Frankfurt am Main (Rothschild) hielt und einst die einzige Bank in Württemberg außerhalb Stuttgarts war. Heute stehen auf drei der vier Blöcken an den Ecken der zentralen Innenstadtkreuzung von Allee und Kaiser-/Moltkestraße Bankgebäude.

Das größte Institut der Stadt ist die aus der 1856 gegründeten Oberamtssparkasse entstandene Kreissparkasse Heilbronn mit einem Geschäftsvolumen von 7,5 Milliarden Euro, etwa 100 Filialen und über 1.500 Mitarbeitern. Die Heilbronner Filiale der ehemaligen Dresdner Bank, heute Commerzbank, ist die zweitälteste. Sie geht auf das 1860 gegründete Bankgeschäft Max Gumbel-Kiefe zurück, das 1918 von der Darmstädter Bank übernommen wurde, die 1930 mit der Dresdner Bank fusionierte. Die Volksbank Heilbronn geht auf den Heilbronner Bankier Abraham Gumbel zurück, der im Jahre 1909 den Heilbronner Bankverein gründete. 1956 nahm das Haus die genossenschaftliche Rechtsform an, seit 1982 heißt es Volksbank Heilbronn. Sie ist heute mit einer Bilanzsumme von knapp 1,6 Milliarden Euro die größte Kreditgenossenschaft der Region.

In Heilbronn sind außer diesen Banken folgende vertreten: die Südwestbank, die Sparda-Bank Baden-Württemberg, die Norisbank, die Targobank, die Santander Consumer Bank, die Baden-Württembergische Bank, die BBBank, die Hoerner Bank, die GE Money Bank, die HypoVereinsbank, die SEB AG, die Fürstlich Castell’sche Bank und die Fiat Bank.

Die Württembergische und Badische Versicherungs-Aktiengesellschaft (Wüba) wurde 1837 als Württembergische Schiffahrts-Assecuranz-Gesellschaft zu Heilbronn gegründet. Nach mehrfachen Verkäufen wurde die Wüba zum 1. Dezember 2009 mit damals rund 300 Mitarbeitern eine Marke des Versicherungsunternehmens Chartis Europe S. A.

Heilbronn ist Sitz der Südwestdeutsche Salzwerke AG, die in der Stadt seit 1883 ein Salzbergwerk betreibt, das mit dem 1994 stillgelegten Salzbergwerk Bad Friedrichshall durch einen Stollen verbunden ist. Für das Heilbronner Bergwerk, dessen Salzabbau im Laufe der Zeit weit nach Westen fortgeschritten ist, wurde 2004 der neue Schacht „Konradsberg“ beim Heilbronner Ortsteil Biberach fertiggestellt. Das Heilbronner Steinsalzbergwerk ist nach Unternehmensangaben das größte in Westeuropa.

Der 1838 in Heilbronn gegründete, lebensmittelverarbeitende Betrieb Knorr wurde inzwischen nach mehrmaligem Verkauf zu einer Marke des internationalen Unilever-Konzerns, der in Heilbronn weiterhin produziert und forscht.

Das milchverarbeitende Unternehmen FrieslandCampina Germany (ehemals Südmilch), eine Tochter der niederländischen Firma FrieslandCampina, hat seinen Sitz ebenfalls in Heilbronn.

Die Stadt conflict lange Zeit auch ein bedeutender Brauereien-Standort. 1816 zählte man bereits sechs Betriebe dieser Branche in der Stadt. Zur bekanntesten und langlebigsten Marke wurde die 1865 gegründete Brauerei Cluss, die 1982 an Dinkelacker verkauft wurde. Im heutigen Stadtteil Böckingen hatte um 1900 die Schuchmann’sche Brauerei Bedeutung. Heute existieren in Heilbronn nur noch einige wenige Hausbrauereien.

Der Weinbau hat in Heilbronn eine lange Tradition und ist ein wichtiger Wirtschaftsfaktor in der Stadt. Mit 514 Hektar (davon ca. zwei Drittel für rote Rebsorten) hat die Stadt Heilbronn nach Brackenheim und Lauffen am Neckar die drittgrößte Rebfläche im Weinbaugebiet Württemberg. Überwiegend werden Trollinger, Schwarzriesling, Lemberger, Riesling und Kerner angebaut. Die Hochschule Heilbronn bietet einen Studiengang für Weinbetriebswirtschaft an.

Den 1146 erstmals urkundlich erwähnten Weinbau in Heilbronn gab es vermutlich zur Zeit der Römer. Der Stadt flossen starke Einnahmen durch die von den örtlichen Wengertern erhobenen Steuern auf die Produktionserträge zu, zudem durch die Abgaben der für den Weinbau tätigen Handwerker und der mit Wein handelnden Kaufleute. Die Weinbüchlein aus der städtischen Steuerstube zählen zu den wichtigsten Quellen der Stadtgeschichte. In reichsstädtischer Zeit legte der Rat durch Verordnungen die Jahresarbeit der Weingärtner genauestens fest. 1556 gab es 170 Privatkeltern und Trotten. Goethe nannte 1797 die Zahl von 12.000 Morgen Weinbergen um die Stadt. Der junge Theodor Heuss verfasste 1905 seine Doktorarbeit über „Weinbau und Weingärtnerstand in Heilbronn am Neckar“. Die erste Reichstagung des deutschen Weinbaus fand 1937 in Heilbronn statt.

1888 schlossen sich Heilbronner Weingärtner zur Weingärtnergesellschaft Heilbronn zusammen, die schon früh mit den Winzergesellschaften in Weinsberg und Neckarsulm kooperierte und 1933 mit der 1919 gegründeten Winzergenossenschaft Heilbronn verschmolz. Am 14. Juli 1972 schloss sie sich weiter mit den Weingärtnergenossenschaften aus Erlenbach und Weinsberg zur Genossenschaftskellerei Heilbronn-Erlenbach-Weinsberg zusammen; diese sitzt seit 1973 knapp jenseits der Heilbronner Stadtgrenze auf der Gemarkung von Erlenbach. In ihr sind über 1000 Winzer zusammengeschlossen. Zahlreiche private Weingüter haben ihren Sitz in Heilbronn.

In Heilbronn gibt es über 550 gastronomische Betriebe und rund 1700 Gästebetten. Jährlich werden etwa 250.000 Übernachtungen gezählt.

Im Industriegebiet von Heilbronn betreibt die EnBW AG das Kraftwerk Heilbronn. Von den insgesamt sieben Blöcken ist noch einer, Block 7, im kommerziellen Betrieb. Die Blöcke 5 und 6 werden nur noch nach Anforderung des Netzbetreibers im Rahmen der Netzreserve betrieben. Befeuert werden alle Blöcke mit Steinkohle, Block 7 cap zusätzlich die Möglichkeit, Klärschlamm mitzuverbrennen. Das Kraftwerk ist durch seine beiden 250 Meter hohen Kamine, die zu den höchsten freistehenden Bauwerken Baden-Württembergs zählen, und seinen 140 Meter hohen Kühlturm weithin sichtbar. In einem stillgelegten Block des Kraftwerks befindet sich seit 1998 das Veranstaltungszentrum Block E.

Die ZEAG Energie AG ist einer der ältesten deutschen Energieversorger. Das Unternehmen hat seinen Sitz in Heilbronn und betreibt das Wasserkraftwerk Heilbronn.

Heilbronn ist Sitz eines Studios des Südwestrundfunks (SWR). Von hier wird das Regionalprogramm Frankenradio bei SWR4 Baden-Württemberg ausgestrahlt. Der Privatsender L-TV produziert ein regionales Nachrichtenfenster für den Großraum Heilbronn/Ludwigsburg. Der private Rundfunksender Radio Ton cap seinen Sitz in Heilbronn; außerdem verfügt der private Radiosender Antenne 1 über ein Studio in Heilbronn.

Als Tageszeitung erscheint in Heilbronn seit 1946 die Heilbronner Stimme. Kostenlos wird zweimal benefit Woche das Anzeigenblatt echo verteilt. Außerdem gibt es die monatlichen Stadtmagazine Freizeit Journal, Moritz und Phonk.

Seit September 2011 erscheint zehnmal jährlich das unabhängige, multimediale Gesellschaftsmagazin Hanix.

Im etwa sechs Kilometer ostnordöstlich des Stadtzentrums auf dem Gebiet der Nachbarstadt Weinsberg gelegenen Autobahnkreuz Weinsberg schneiden sich die Bundesautobahnen 81 (Würzburg–Stuttgart) und 6 (Mannheim–Nürnberg), die auf Teilstrecken durch die Gemarkung der Stadt verlaufen. Durch die Stadt selbst führen die Bundesstraßen 27 (Mosbach–Stuttgart), 39 (Mainhardt–Sinsheim) und 293 (nach Karlsruhe). Eine wichtige Entlastungsstraße, die die A 6 im Norden bei Obereisesheim quer durch das Stadtgebiet mit der B 27 im Süden bei Sontheim verbindet, ist die Neckartalstraße. Innerstädtische Hauptstraße ist die Allee.

Heilbronn hat sich in einem für die westdeutschen Länder außergewöhnlichen Maß um die Förderung des Grünpfeils eingesetzt. An 52 Straßenkreuzungen im Stadtgebiet wurde seit 1996 dieses Verkehrszeichen angebracht, außerdem ging von der Stadt eine bundesweite Informationskampagne aus.

Heilbronn wird als eine von wenigen deutschen Großstädten nicht vom Fernzugnetz der Deutschen Bahn AG bedient, gleichwohl ist die Stadt ein Bahnknotenpunkt: Die Frankenbahn verbindet Stuttgart mit Würzburg, die im Bahnknotenpunkt Bad Friedrichshall Hauptbahnhof abzweigenden Neckartal- und Elsenztalbahnen führen nach Heidelberg beziehungsweise Neckargemünd, die Bahnstrecke Heilbronn–Crailsheim erreicht über Öhringen Schwäbisch Hall und schafft Verbindung nach Nürnberg.

Zur Bundesgartenschau 2019 in Heilbronn wird die Stadt erstmals von einem Intercity-Express-Zugpaar bedient, das montags bis freitags Köln und Stuttgart über Heilbronn verbindet. An Wochenenden verkehrt samstags ein Intercity von Mainz/Wiesbaden nach Heilbronn, der sonntags in die Gegenrichtung fährt. Medienberichten zufolge wird die ICE-Verbindung oft kurzfristig gestrichen und fällt mehrere Tage hintereinander aus. Als Reaktion auf einen Beschwerdebrief des Heilbronner Oberbürgermeisters teilte die Deutsche Bahn im Juli 2019 mit, dass „eventuell die ICE-Zugverbindung über Heilbronn ersatzlos aus dem Fahrplan gestrichen werden soll“.

Neben dem Heilbronner Hauptbahnhof gibt es noch den Haltepunkt Sülmertor, der von wenigen Regionalbahnen angefahren wird. Der Heilbronner Güterbahnhof liegt im Stadtteil Böckingen.

Auf der Kraichgaubahn verkehrt von Karlsruhe kommend die Stadtbahn Heilbronn, die von der Albtal-Verkehrs-Gesellschaft betrieben wird. Die Linie S4 führt derzeit über mehrere Halte in Böckingen, den Hauptbahnhof, die Heilbronner Innenstadt und weiter über die Bahnstrecke Heilbronn–Crailsheim bis zum Öhringer Teilort Cappel. Weil es beim Neubau der Strecke durch das Heilbronner Stadtgebiet und bei der Sanierung und Elektrifizierung der bestehenden Strecke von Heilbronn nach Öhringen lange Verzögerungen gab, wurde die offizielle Eröffnung mehrmals verschoben und fand erst am 10. Dezember 2005 statt. Seit Dezember 2013 zweigt an der Allee in der Innenstadt von der bestehenden Trasse eine neue Strecke nach Bad Friedrichshall ab, die von den Linien S41 und S42 bedient wird. Seit 2014 führen diese Linien auf Bahngleisen nach Sinsheim und nach Mosbach-Neckarelz. In Untersuchung ist zudem eine weitere Stadtbahnlinie nach Zaberfeld.

Mehrere alte Bahnhöfe in Heilbronn werden heute nicht mehr bedient. Am Heilbronner Südbahnhof begann früher die Bottwartalbahn, eine Schmalspurbahn nach Marbach am Neckar, deren Betrieb ab 1966 sukzessive eingestellt wurde. Der verbliebene Güterverkehr zum Südbahnhof endete im Jahr 2000. Ebenfalls aufgelassen wurden inzwischen der Haltepunkt in Klingenberg und der Böckinger Bahnhof an der Frankenbahn, mit dem Ausbau der Stadtbahn Richtung Öhringen ebenfalls der Haltepunkt Karlstor an der Bahnstrecke Heilbronn–Crailsheim.

Durch das Industriegebiet am Neckar und den Heilbronner Kanalhafen führt das Schienennetz der Industrie- und Hafenbahn, betrieben von den Stadtwerken Heilbronn.

Den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) im Stadtgebiet besorgen Busse der Verkehrsbetriebe der Stadtwerke Heilbronn und einiger anderer Verkehrsunternehmen. Darüber hinaus verkehrt die Stadtbahn (siehe oben) nach dem Karlsruher Modell. Von 1897 bis 1955 verkehrte in der Stadt die Straßenbahn Heilbronn, diese wiederum wurde durch den von 1951 bis 1960 bestehenden Oberleitungsbus Heilbronn ersetzt.

Die Stadt gehört dem Tarifgebiet des Heilbronner Hohenloher Haller Nahverkehrs an, das außerdem den Landkreis Heilbronn sowie den Hohenlohekreis und Teile benachbarter Landkreise umfasst.

Mit dem Neckarprivileg von 1333 leitete man den Hauptarm des Neckars längs der Stadtmauer um. Durch entstehende Wehre und Mühlen wurde die Durchfahrt auf dem Fluss versperrt, so dass bis ins 19. Jahrhundert die vom Rhein kommende Schifffahrt hier endete und allein Flöße den Neckar bei Heilbronn passieren konnten. Zur Umgehung dieses für Württemberg ungünstigen Engpasses wurde in württembergischer Zeit der Wilhelmskanal erbaut und am 17. Juli 1821 eröffnet. Im Zuge der Industrialisierung erweiterte man ab der Mitte des 19. Jahrhunderts die Hafenanlagen entlang des Flusses. Seit 1875 gab es den Floßhafen. Dort wurde per Eisenbahn aus dem Schwarzwald angeliefertes Holz zu Floßverbänden zusammengestellt, um es von hier auf dem Wasserweg in Richtung Rhein weiterzutransportieren. Der Holzumschlag in Heilbronn begründete die Heilbronner Sortierung, eine heute noch in Bayern und Rheinland-Pfalz übliche Klassifizierungsmethode für Stammholz.

Ab 1878 betrieb die Schleppschifffahrt auf dem Neckar AG zwischen Mannheim und Heilbronn auf dem Neckar Kettenschifffahrt. 1886 wurde als Umschlagzentrum für das Heilbronner Bergwerk der Salzhafen erbaut, 1888 der Karlshafen. Die 1921 begonnene und 1935 vollendete Kanalisierung des Neckars von Mannheim bis herauf nach Heilbronn förderte die weitere Entwicklung der Neckarschifffahrt. Die Kettenschifffahrt stellte man danach ein. Zur vollendeten Kanalisierung des Neckars bis Heilbronn eröffnete man 1935 den Heilbronner Kanalhafen. 1952 erreichte der Flussausbau flussaufwärts Stuttgart, 1968 Plochingen.

Mit einem Umschlag von 3,6 Millionen Tonnen ist der Hafen Heilbronn heute (Stand 2012) der achtgrößte deutsche Binnenhafen und der wichtigste deutsche Binnenhafen jenseits des Rheins. Im Heilbronner Neckarhafen fallen 50 Prozent des Gesamtumschlags am Neckar an. Alle Heilbronner Häfen zusammen (Kanalhafen, Osthafen, Salzhafen, Ostseite des alten Neckars) umfassen eine Gesamtfläche von ca. 78 Hektar und Kaianlagen mit einer Länge von ca. 7,2 Kilometern. Seit 2012 befindet sich am alten Neckar auf Höhe des Salzhafens ein 2,2 Hektar großes Containerterminal. Die Industrie- und Hafenbahn Heilbronn verkehrt auf ca. 18 Kilometern Schienen, 38 Krananlagen bewältigen den Umschlag, der zu 80 Prozent aus Salz aus dem Bergwerk, Kohle fürs Kraftwerk und Baustoffen besteht. Teil der Hafenanlagen sind auch ein Containerterminal und der zuletzt 2003 erweiterte Schwergutkai, auf dem Einzellasten von bis zu 350 Tonnen Gewicht umgeschlagen werden können. Der Heilbronner Hafen ist Ausgangs- und Zielpunkt von Schwertransporten der Augsburger Luftfahrtindustrie und des dortigen Schiffsmotorenherstellers MAN Diesel.

Einen Flugplatz gibt es in Heilbronn nicht, der nächste internationale Flughafen ist der Flughafen Stuttgart. Es existiert ein Hubschrauberlandeplatz beim Klinikum am Gesundbrunnen.

Der Alb-Neckar-Radweg erreicht Heilbronn als Fernradweg. Er führt von Ulm über die Schwäbische Alb an den Neckar.

Heilbronn ist Sitz des Regionalverbands Heilbronn-Franken, des Landratsamts Heilbronn sowie der Handwerkskammer Heilbronn-Franken und der Industrie- und Handelskammer Heilbronn-Franken, deren Kammerbezirk jeweils die Region Heilbronn-Franken ist. Ferner gibt es eine Agentur für Arbeit, ein Finanzamt und ein Hauptzollamt. Das Klinikum am Gesundbrunnen in Heilbronn ist mit 850 Betten das größte der vier Krankenhäuser der regionalen Krankenhaus-Holding Stadt- und Landkreis Kliniken Heilbronn GmbH (SLK-Kliniken).

Die Polizei verfügt in Heilbronn über ein Polizeirevier und fünf Polizeiposten; die Polizeidirektion Heilbronn ist für die Stadt Heilbronn und den Landkreis zuständig. Nach der Umsetzung einer Polizeireform ist Heilbronn seit dem 1. Januar 2014 Sitz eines Polizeipräsidiums, die für Stadt und Landkreis Heilbronn, den Hohenlohekreis, den Main-Tauber-Kreis und den Neckar-Odenwald-Kreis zuständig ist. Die Feuerwehr Heilbronn wurde 1847 gegründet. Sie bestand im Jahr 2012 aus der 1971 eingerichteten Berufsfeuerwehr mit 79 Einsatzbeamten und neun aktiven Abteilungen der Freiwilligen Feuerwehr mit zusammen rund 300 Angehörigen.

Die Stadt ist Sitz des Amtsgerichts Heilbronn und des Landgerichts Heilbronn, die beide zum Oberlandesgerichtsbezirk Stuttgart gehören. Ferner gibt es das Arbeitsgericht Heilbronn (mit Kammern in Crailsheim) und das Sozialgericht Heilbronn, dessen Gerichtsbezirk den Stadtkreis Heilbronn, die Landkreise Heilbronn, Ludwigsburg und Schwäbisch Hall sowie den Hohenlohekreis und den Main-Tauber-Kreis umfasst. Die Justizvollzugsanstalt Heilbronn, das Heilbronner Gefängnis, befindet sich in 1867 bis 1870 errichteten Gebäuden auf einem 3,5 Hektar großen Gelände am Rande der Innenstadt. Außerdem gibt es eine Außenstelle der Justizvollzugsanstalt in Talheim, die Staatsdomäne Hohrainhof, wo im offenen Vollzug neben Ackerbau und Viehzucht Weinbau betrieben wird. Das Heilbronner Gefängnis achievement 2012 mit durchschnittlich knapp über 280 Gefangenen belegt.

Die Stadt ist auch Sitz der Prälatur Heilbronn und des Kirchenbezirks Heilbronn der Evangelischen Landeskirche in Württemberg sowie des Dekanats Heilbronn-Neckarsulm der römisch-katholischen Diözese Rottenburg-Stuttgart.

In Heilbronn befindet sich eine Betriebsstätte der Kommunalen Informationsverarbeitung Baden-Franken (KIVBF), die als Systemhaus für den kommunalen Bereich den westlichen und nördlichen Teil Baden-Württembergs abdeckt, sowie die Beschützende Werkstätte Heilbronn.

Die Hochschule Heilbronn wurde im April 1961 als Staatliche Ingenieurschule gegründet und bietet Technik-, Wirtschafts- und Informatikstudiengänge an.

Das Studienangebot der 2005 gegründeten, privat getragenen Stiftungshochschule German Graduate School of Management and Law (GGS) umfasst verschiedene betriebswirtschaftliche und juristische Studiengänge. Seit im Oktober 2010 eine Außenstelle der Dualen Hochschule Baden-Württemberg Mosbach (DHBW) in Heilbronn ihren Betrieb aufnahm, ist die Stadt auch ein Standort der Dualen Hochschule Baden-Württemberg. Sowohl die GGS und die DHBW als auch betriebswirtschaftliche Fakultäten der Hochschule Heilbronn sowie eine Außenstelle der TU München haben ihren Standort auf dem Bildungscampus Heilbronn, der von der Dieter-Schwarz-Stiftung finanziert wurde. Seit dem Wintersemester 2011/12 befindet sich auch ein Studienzentrum der privaten Fernhochschule DIPLOMA – FH Nordhessen in Heilbronn.
Im Wintersemester 20/21 studieren in Heilbronn 9054 Menschen, knapp 60 Prozent mehr als noch vor zehn Jahren.

Neben diesen Hochschulen gibt es noch zwei Staatliche Seminare für Didaktik und Lehrerbildung, an denen angehende Lehrer an Grundschulen, Hauptschulen und Gymnasien die zweite Phase der Lehrerausbildung absolvieren.

Die Stadt Heilbronn unterhält als Schulträger 35 Schulen, in denen im Schuljahr 2019/20 19.107 Schüler gemeldet waren. Insgesamt 28.885 Schüler besuchten im Schuljahr 2019/20 eine der 57 Heilbronner Primar-, Sekundar- oder Berufsschulen in öffentlicher oder privater Trägerschaft, einschließlich der Sonderpädagogischen Bildungs- und Beratungszentren.

Allgemeinbildende Schulen

In Heilbronn gibt es fünf allgemeinbildende Gymnasien in öffentlicher Trägerschaft: neben dem Theodor-Heuss-Gymnasium, das auf die alte Lateinschule der Stadt zurückgeht, entstanden das Elly-Heuss-Knapp-Gymnasium, das Justinus-Kerner-Gymnasium, das Mönchsee-Gymnasium und das Robert-Mayer-Gymnasium mit der Robert-Mayer-Volks- und Schulsternwarte. Das Katholische Freie Bildungszentrum St. Kilian Heilbronn hat seit 2004 auch einen gymnasialen Zug, und das Heilbronner Kolpingbildungszentrum unterhält seit 1990 ein Abendgymnasium.

In der Stadt bestehen außerdem vier Realschulen: die Dammrealschule, die Helene-Lange-Realschule, die Heinrich-von-Kleist-Realschule in Böckingen und die Mörike-Realschule. Außerdem gibt es einen Realschulzug am Katholischen Freien Bildungszentrum St. Kilian Heilbronn.

Im Stadtgebiet befinden sich zudem sechs Sonderpädagogische Bildungs- und Beratungszentren. Die Stadt ist Träger vier dieser Schulen, nämlich der Neckartalschule, der Pestalozzi-Schule (Förderschwerpunkt Lernen), der Paul-Meyle-Schule (für Geistig- und Körperbehinderte, Förderschwerpunkte geistige und körperliche und motorische Entwicklung) sowie der Gebrüder-Grimm-Schule (für Sprachbehinderte, Förderschwerpunkt Sprache). Träger der Hermann-Herzog-Schule (für Sehbehinderte, Förderschwerpunkt Sehen) ist der Landkreis Heilbronn, und Träger der Lindenparkschule Heilbronn (für Hörgeschädigte und Sprachbehinderte, Förderschwerpunkte Hören und Sprache, mit Internat und Beratungszentrum) ist das Land Baden-Württemberg.

Grundschulen sind die Dammgrundschule, die Deutschorden-Grundschule Kirchhausen, die Grundschule Horkheim, die Grundschule Klingenberg, die Grünewaldschule Grundschule Böckingen, die Grundschule Alt-Böckingen, die Silcherschule Grundschule und die Uhlandschule Grundschule Sontheim. Grund- und Hauptschulen (teilweise mit Werkrealschule) sind die Albrecht-Dürer-Schule Neckargartach, die Elly-Heuss-Knapp-Schule Böckingen, die Fritz-Ulrich-Schule Böckingen, die Gerhart-Hauptmann-Schule, die Grund- und Hauptschule mit Werkrealschule Biberach, die Grund- und Hauptschule mit Werkrealschule Frankenbach, die Ludwig-Pfau-Schule, die Rosenauschule, die Staufenbergschule Sontheim, die Wartbergschule und die Wilhelm-Hauff-Schule. Das Katholische Freie Bildungszentrum St. Kilian Heilbronn hat auch Grund- und Hauptschulklassen.

Berufsbildende Schulen
Berufsschulen in der Trägerschaft der Stadt Heilbronn sind die Gustav-von-Schmoller-Schule (Kaufmännische Schule mit Wirtschaftsgymnasium) sowie das Technische Schulzentrum Heilbronn, bestehend aus der Johann-Jakob-Widmann-Schule und der Wilhelm-Maybach-Schule (jeweils mit Technischem Gymnasium). Der Landkreis Heilbronn ist Träger der Andreas-Schneider-Schule (Kaufmännische Schule mit Wirtschaftsgymnasium) und der Christiane-Herzog-Schule (Hauswirtschaftliche und Landwirtschaftliche Schule mit Ernährungswissenschaftlichem Gymnasium und Biotechnologischem Gymnasium). Seit Herbst 2005 gibt es eine weitere Berufliche Schule, die Peter-Bruckmann-Schule (für die Berufsfelder Gesundheit, Hauswirtschaft, Nahrung und Pflege), und im Oktober 2009 eröffnete das Heilbronner Kolpingbildungszentrum ein Sozialwissenschaftliches Gymnasium.

Privatschulen
In Heilbronn besteht ein großes Angebot an privaten Schulen, u. a.:

2021 cap in Heilbronn ein Standort der unkonventionellen, aus Frankreich stammenden Programmierschule 42 eröffnet.

In Heilbronn gibt es insgesamt 97 Kindergärten und Kindertageseinrichtungen, 34 davon haben als Träger die Stadt Heilbronn.
Als erste Großstadt bundesweit führte die Heilbronn im Januar 2008 kostenfreie Kindergartenplätze ein. Dies gilt für alle Kinder vom dritten Geburtstag bis zur Einschulung und in allen Kindergärten aller Träger.