แนวเส้นทางโครงการทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง สายบางใหญ่-กาญจนบุรี (M81) มีระยะทางรวมประมาณ 96 กิโลเมตร โดยออกแบบให้มีการควบคุมการเข้าออกอย่างสมบูรณ์ มีเริ่มต้นที่จุดตัดทางหลวงพิเศษหมายเลข 9 ด้านตะวันตกกับถนนรัตนาธิเบศร์ บริเวณทางแยกต่างระดับบางใหญ่ อ.บางใหญ่ จ.นนทบุรี และไปบรรจบกับทางหลวงหมายเลข 324 (ถนนกาญจนบุรี-อ.พนมทวน) อ.ท่าม่วง จ.กาญจนบุรี ซึ่งเป็นจุดสิ้นสุดโครงการ รวมถึงมีแนวเส้นทางที่แยกออกจากชุมทางต่างระดับนครชัยศรี ไปเชื่อมต่อกับโครงการทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง สายนครปฐม – ชะอำ ซึ่งจะดำเนินการก่อสร้างในอนาคตเป็นระยะทางอีกประมาณ 9 กิโลเมตร
ทางแยกต่างระดับ (Interchange) เ พื่อเชื่อมต่อกับโครงการกับทางหลวงสายสําคัญๆ มีทั้งหมด 8 แห่ง ดังนี้
1.ทางแยกต่างระดับบางใหญ่ เชื่อมต่อกับทางพิเศษหมายเลข 9 และถนนรัตนาธิเบศร์ (ทางหลวงหมายเลข 302)
2.ทางแยกต่างระดับนครชัยศรี (ทางหลวงหมายเลข 3323)
3.ชุมทางต่างระดับนครชัยศรี (ทางหลวงพิเศษหมายเลข 91)
4.ทางแยกต่างระดับนครปฐมฝั่งตะวันออก (ทางหลวงหมายเลข 3036)
5.ทางแยกต่างระดับนครปฐมฝั่งตะวันตก (ทางหลวงหมายเลข 321)
6.ทางแยกต่างระดับท่ามะกา (ทางหลวงหมายเลข 3394)
7.ทางแยกต่างระดับท่าม่วง (ทางหลวงหมายเลข 3081)
8.ทางแยกต่างระดับกาญจนบุรี (ทางหลวงหมายเลข 324)
ด่านเก็บค่าผ่านทาง จำนวน 8 แห่ง ดังนี้
1.ด่านบางใหญ่
2.ด่านนครชัยศรี
3.ด่านศรีษะทอง
4.ด่านนครปฐมฝั่งตะวันออก
5.ด่านนครปฐมฝั่งตะวันตก
6.ด่านท่ามะกา
7.ด่านท่าม่วง
8.ด่านกาญจนบุรี
ที่พักริมทางและสิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ
สำหรับผู้ใช้ทาง จำนวน 3 แห่ง ตลอดแนวเส้นทางโครงการ แบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่
1.สถานที่บริการทางหลวง (Service Area) จำนวน 2 แห่ง
- นครชัยศรี
- เมืองนครปฐม
2. จุดพักรถ (Rest Stop) จำนวน 1 แห่ง
- ท่ามะกา
นอกจากนี้ ภายในอาคารศูนย์ควบคุมกลาง (CCB) ตั้งอยู่ที่บริเวณด่านบางใหญ่ มีห้อง Traffic Operation Center ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมเชื่อมโยงระบบย่อยต่าง ๆ เพื่อให้สามารถควบคุมและบริหารจัดการร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ อาทิ ศูนย์ควบคุมจราจร ศูนย์ควบคุมน้ำหนักยานพาหนะ ห้อง Server หลักของระบบควบคุมบริการจัดการจราจร ห้อง Server หลักของระบบจัดเก็บค่าผ่านทาง ห้องเครื่องระบบไฟฟ้าต่างเครื่องกลต่าง ๆ ศูนย์บริการข้อมูลลูกค้า เป็นต้น