Cầu Thuận Phước được thiết kế theo mô hình cầu treo dây võng ba nhịp liên tục, rộng 18 mét, 4 làn xe; có 2 trụ tháp cao 92 mét, cách nhau 405 mét; độ tĩnh không thông thuyền là 27 mét, kết cấu với dầm hộp thép kim suốt toàn bộ nhịp treo dài 655 mét, chế tạo bằng công nghệ dầm tăng cứng theo tiêu chuẩn quốc tế; chiều dài toàn cầu 1.850 mét.
Với tổng mức đầu tư lên tới 998,4 tỷ đồng, cầu Thuận Phước được xem là cầu treo dây võng lớn nhất Việt Nam.