一座巨大的城市需要各种各样的基础设施提供支持。这样的基础设施包括电力、水利、港口、信息、铁路、产业，此外更大层面还包括具有卫戍功能的关隘设施或国防设施。
电力
大唐集团托克托电厂是目前世界上最大的火力发电厂，装机容量达6720MW，能满足北京25%的电力需求。托克托电厂位于内蒙古呼和浩特市托克托县，紧邻黄河，距离托克托县城约16公里，南到准格尔煤田（薛家湾矿区）50公里。
北京市内有四处燃气热电中心：朝阳区王四营的东南热电中心、丰台区草桥东路的西南热电中心、石景山区高井的西北热电中心、朝阳区金盏乡马各庄的东北热电中心。发电的同时为周边城区提供暖气。
水利
京密引水渠从密云水库引水，经怀柔水库、团城湖流至永定河引水渠，相当长的时间里是北京主要的供水输送路径。南水北调竣工后，南水逐渐取代密云水库成为北京生活用水的主力，并通过京密引水渠反向输水至怀柔水库、密云水库进行调蓄。团城湖是密云水库南下和南水北调北上的枢纽，设有南水北调团城湖管理处。南水北调进北京时会经过房山区惠南庄泵站，南水北调中线从这里开始由明渠变为暗渠，流向团城湖。该泵站是南水北调中线干线工程唯一的一座大型加压泵站，是北京段实现小流量自流、大流量加压输水的关键控制性建筑物，也是南水北调中线干线工程的标志性建筑物。
港口
唐山港下面的两个港区一个为京唐港，早期建设过程中，北京国资进行过投资；另一个为曹妃甸港区。首钢就位于曹妃甸港区。曹妃甸是渤海内少有的不冻不淤的深水港，有利于停靠运载铁矿石的深水船舶。
信息
乌兰察布地处内蒙古高原，气候凉爽，地质结构稳定，并且电力丰富，与北京通过京藏高速、张呼-京张高铁相连。当地政府也积极支持打造数据中心产业集群，目前已经吸引了华为、阿里巴巴、苹果、快手等知名公司落户。乌兰察布已经成为华北地区重要的数据中心集聚地，是北京为基地的公司建立数据中心的重要投资城市。
铁路
丰台西站是北京铁路局直属的特等站，为编组站。这里是华北最大的编组站，同时也是联系三北地区的货运枢纽，运送大宗物资、包裹的列车会在这里进行编组后发往全国各地。
机场
首都机场在新冠疫情前一直是全国旅客发送量最大的机场，2019年的旅客发送量超过了1亿人次。大兴机场2019年年底投入运营，亦为4F机场，可通达全国120余个机场。
产业
北京经济技术开发区，往往习惯叫做亦庄，是北京唯一的国家级经济技术开发区，在全国的开发区评比中，常年位居前列。燕山石化位于房山区西部，是中国最大的合成橡胶、合成树脂、苯酚丙酮和高品质成品油生产基地之一。北京汽车生产基地位于顺义区。
关隘
昌平南口一直是北京的防御重地，明代的居庸关即在南口西北的军都山中，南口扼守着北京（昌平）通往晋绥的通道——关沟。有人评价南口“绥察之前门，平津之后门，华北之咽喉，冀西之心腹”。抗日战争时期，这里发生过南口战役，中国军队在此阻止日军沿平绥铁路往山西一带侵略，南口战役中国失败，但也一定程度上打击了日军的野心，粉碎了日本人速胜的野妄。今天南口仍然是军事重地，依然是拱卫北京城安全的大门。