Dự án cao tốc này dài 68,7 km, gồm hai đoạn: đoạn nối cao tốc có điểm đầu tại nút giao Gò Dưa (vành đai 2 TP HCM), điểm cuối tại nút giao An Phú (vành đai 3 TP HCM) và đoạn cao tốc có điểm đầu tại nút giao An Phú, điểm cuối tại điểm giao quốc lộ 14 tại huyện Chơn Thành (Bình Phước).
Theo đề xuất của đơn vị nghiên cứu, cao tốc sẽ đi dọc tỉnh lộ 43 (thuộc TP Thủ Đức) rồi rẽ phải theo đường tỉnh 743B, 743A, 747B, tới trước cầu Khánh Vân chuyển hướng và đi men theo Suối Cái, cắt đường tỉnh 747A tại Cổng Xanh. Sau đó cao tốc đi song song đường tỉnh 741 đến huyện Phú Giáo (Bình Dương) rồi hướng thẳng lên phía bắc giáp phía đông Khu công nghiệp Becamex Bình Phước để kết nối với quốc lộ 14.
Tổng mức đầu tư dự án giai đoạn một dự kiến 24.274 tỷ đồng (chưa tính lãi vay), trong đó vốn Nhà nước tham gia 12.137 tỷ đồng, vốn nhà đầu tư huy động khoảng 12.138 tỷ đồng. Nếu được thông qua, giai đoạn một sẽ được triển khai từ 2021 đến 2025.
Tuyến đường cao tốc đoạn TP HCM - Thủ Dầu Một - Chơn Thành thuộc quy hoạch chi tiết đường Hồ Chí Minh và trong quy hoạch mạng đường bộ cao tốc Việt Nam đến năm 2020 và định hướng 2030.
Hiện nay, phương tiện từ TP HCM đi qua Thủ Dầu Một (tỉnh Bình Dương), theo quốc lộ 13 đến tỉnh Bình Phước, tổng quãng đường dài khoảng 120 km. Tuyến cao tốc TP HCM – Thủ Dầu Một – Chơn Thành được triển khai sẽ tăng tính kết nối TP HCM với các tỉnh trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam và Tây Nguyên, nâng cao năng lực vận tải, thúc đẩy phát triển kinh tế- xã hội vùng kinh tế trọng điểm phía Nam.