Theo thiết kế, tuyến đường này sẽ chuyên chở cả hành khách lẫn hàng hóa. Với vận tải hàng hóa, điểm đầu tuyến sẽ là ga Trảng Bom, cuối tuyến là cụm Cái Mép - Thị Vải.
Riêng tàu chở khách sẽ bắt đầu từ ga Biên Hòa mới (xã An Hòa, TP.Biên Hòa) và điểm cuối là TP Vũng Tàu. Về hướng tuyến, đường sắt cao tốc Biên Hòa - Vũng Tàu sẽ đi dọc QL 51, toàn tuyến dài trên 120km chia làm 17 ga, tốc độ 200km/h.
Về cấu trúc, bên ngoài TP Vũng Tàu sẽ đi trên mặt đất, khi vào TP Vũng Tàu sẽ đi trên cao. UBND tỉnh Đồng Nai đã đề nghị giao Sở GTVT chủ trì tiếp tục phối hợp với các sở ngành liên quan để việc triển khai dự án được thuận lợi.