Theo quy hoạch, tuyến đường này có chiều dài khoảng 6,7km, với điểm đầu kết nối với nút giao hoa thị giữa Đại lộ Thăng Long với đường QL21, xã Thạch Hòa, huyện Thạch Thất. Và điểm cuối kết nối với đường Hòa Lạc - Hòa Bình tại vị trí giao với đường làng Văn Hóa, xã Yên Bình, huyện Thạch Thất có mặt cắt ngang 120m - 180m.
Trên tuyến có 4 công trình cầu (vượt sông, đường ngang) và 5 công trình hầm (1 hầm chui trực thông dọc tuyến chính phục vụ thành phần đường cao tốc và 4 hầm chui dân sinh ngang đường).
Dự án có tổng mức đầu tư hơn 5.200 tỷ đồng, từ nguồn vốn ngân sách thành phố và Trung ương hỗ trợ.
Theo UBND TP Hà Nội, việc đầu tư tuyến đường cao tốc Đại lộ Thăng Long, đoạn nối từ QL21 đến cao tốc Hà Nội - Hòa Bình nhằm từng bước hoàn chỉnh toàn bộ đường cao tốc Hà Nội - Hòa Bình; phát triển mở rộng Thủ đô Hà Nội về phía Tây và Tây Nam, đáp ứng nhu cầu vận tải ngày một tăng nhanh giữa trung tâm Thủ đô với khu vực phía Tây và kết nối với tuyến đường Hồ Chí Minh.
Ngoài ra, sau khi hoàn thành sẽ cải thiện điều kiện khai thác, đảm bảo an toàn giao thông, kết nối với các tỉnh phía Tây và Tây Nam với Thủ đô. 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.