Tuyến đường có điểm đầu tại nút giao hoa thị nối đại lộ Thăng Long với quốc lộ 21 (xã Thạch Hòa, huyện Thạch Thất); điểm cuối kết nối với cao tốc Hà Nội - Hòa Bình tại vị trí giao với đường làng Văn Hóa (xã Yên Bình, huyện Thạch Thất).
Trên tuyến có 4 cầu vượt sông và vượt đường ngang, 5 hầm. Vốn đầu tư công trình từ ngân sách thành phố và Trung ương hỗ trợ. Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình dân dụng TP Hà Nội làm chủ đầu tư dự án.
Hiện đoạn 6,7 km từ đại lộ Thăng Long đi cao tốc Hà Nội - Hòa Bình là đường đồng bằng nhỏ hẹp, xuống cấp, gây khó khăn cho phương tiện. Dự án hoàn thành (dự kiến năm 2026) sẽ giúp thông suốt tuyến cao tốc từ đại lộ Thăng Long đi Hòa Bình, hoàn thiện quy hoạch mạng lưới cao tốc từ Hà Nội đi Hòa Bình.
Tuyến đường sẽ kết nối Thủ đô với các tỉnh phía tây và tây nam, tạo điều kiện phát triển kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng; là động lực phát triển khu đô thị vệ tinh Hòa Lạc và chuỗi đô thị vệ tinh phía tây.
Đại lộ Thăng Long dài 30 km, là tuyến cao tốc hướng tâm phía tây, nối trung tâm Thủ đô với Hòa Bình và các tỉnh Tây Bắc, đưa vào khai thác từ tháng 10/2010 với quy mô 6 làn xe cao tốc và đường song hành hai bên.
Cao tốc Hà Nội - Hòa Bình dài 26 km đã đưa vào khai thác năm 2018 với 2 làn xe cơ giới, vận tốc 80 km/h. Cuối tháng 8/2023, tỉnh Hòa Bình đã họp cho ý kiến mở rộng cao tốc Hà Nội - Hòa Bình lên 6 làn xe, tốc độ thiết kế 100 km/h. Khi dự án mở rộng hoàn thành, từ Hòa Bình về Hà Nội chỉ mất khoảng 30 phút.