Theo nghiên cứu cập nhật, tuyến đường sắt Thủ Thiêm - Long Thành dài khoảng 47,7 km, đi qua 7 phường, xã thuộc TP.HCM và TP.Đồng Nai. Toàn tuyến được thiết kế 18 ga, gồm hai ga ngầm và 16 ga trên cao. Tuy nhiên, căn cứ thực tế và chiến lược phát triển của hai địa phương, TP.HCM đề xuất đầu tư trước 14 ga trong giai đoạn đầu.
Các ga dự kiến xây trước gồm: Bình Trưng, Đỗ Xuân Hợp, Bà Hiện, Phú Hữu, Long Trường, Vườn Dừa, Long Tân, Phú Thạnh, Tuy Hạ, Nhơn Trạch, Phước Thiện, Xóm Gốc, Long Thành 1 và Long Thành 2. Các ga đầu tư giai đoạn 2 gồm: S13-Phú Hội, S15-Hiệp Phước, S16, S18-Long Phước.
Theo quy hoạch, tuyến đường sắt xuất phát từ ga Thủ Thiêm, đi trên cao qua các phường Bình Trưng, Long Trường, sau đó chạy song song hành lang cao tốc TP.HCM - Long Thành - Dầu Giây. Đến nút giao Vành đai 3, tuyến chuyển hướng về phía nam, đi dọc phía đông đường này rồi vượt sông Đồng Nai ở vị trí bên trái cầu Nhơn Trạch.
Qua địa phận TP.Đồng Nai, tuyến tiếp tục đi trên cao dọc bên trái Vành đai 3, sau đó chuyển vào dải phân cách giữa đường 25B. Tàu sẽ vượt quốc lộ 51, nút giao cao tốc Biên Hòa - Vũng Tàu, rồi đi vào dải phân cách giữa đường T1.
Khi tiếp cận sân bay Long Thành, tuyến đi ngầm vào phạm vi quy hoạch đường sắt của sân bay, dự kiến bố trí bên phải đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam, trước khi kết thúc tại depot Cẩm Đường.
Dự án dự kiến cần hơn 144 ha đất. Công tác giải phóng mặt bằng sẽ được tách thành dự án thành phần độc lập, sử dụng ngân sách của TP.HCM và Đồng Nai để chi trả.
Đường sắt Thủ Thiêm - Long Thành là công trình tàu điện ngầm chuyên chở khối lượng lớn với tuổi thọ phục vụ của dự án là 100 năm cho kết cấu chính. Tuyến có công suất tối đa gần 47.000 khách mỗi giờ, bình quân hơn 23.400 khách mỗi giờ mỗi hướng. Dự án áp dụng công nghệ tự động hóa GoA4 - cấp cao nhất theo tiêu chuẩn châu Âu, đồng bộ với metro số 2 đoạn Tham - Lương - Bến Thành - Thủ Thiêm. Tàu đạt tốc độ thiết kế tối đa 120km/h, khi khai thác chạy 80-110km/h tùy đoạn.
Dự án được đề xuất thực hiện theo hợp đồng BT (xây dựng - chuyển giao) với sơ bộ tổng mức đầu tư giai đoạn 1 khoảng 134.169 tỉ đồng (chưa gồm chi phí giải phóng mặt bằng). Nhà đầu tư sẽ huy động vốn để triển khai dự án và được thanh toán bằng quỹ đất kết hợp ngân sách nhà nước.
Tương lai, dọc tuyến sẽ kết nối, trung chuyển với nhiều tuyến metro, đường sắt khác. Cụ thể, tuyến trung chuyển với metro số 2 đoạn Bến Thành - Thủ Thiêm tại ga Thủ Thiêm, trung chuyển với metro số 6 tại ga S04 - vành đai 2 và nối ray tại ga S05-Phú Hữu; trung chuyển với metro số 10 tại ga S07-Long Trường. Ngoài ra tuyến còn kết nối với metro Vũng Tàu - Bà Rịa - Phú Mỹ tại ga S17 - Xóm Gốc, trung chuyển với metro số 1 (Bến Thành - Suối Tiên) kéo dài và đường sắt tốc độ cao trục Bắc - Nam tại ga S19 - sân bay Long Thành.
Tuyến Thủ Thiêm - Long Thành trước đây được quy hoạch là đường sắt nhẹ, Bộ Xây dựng đã lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi. Sau khi được chuyển sang mô hình đường sắt đô thị, TP.HCM tiếp nhận kết quả nghiên cứu để cập nhật, hoàn thiện phương án đầu tư. Công ty cổ phần Đầu tư địa ốc Đại Quang Minh, thuộc Thaco, đã đề xuất tham gia.
TP.HCM đặt mục tiêu hoàn thành tuyến đường sắt vào năm 2030. Khi đưa vào khai thác, tuyến sẽ hình thành trục vận tải khối lượng lớn, kết nối trực tiếp trung tâm thành phố với sân bay Long Thành.
