虎门二桥线路起于广州市南沙区东涌镇,与已建成通车的广州南二环顺接,经广州市南沙区、番禺区,并先后跨越大沙水道、海鸥岛、坭洲水道后,穿越虎门港进入东莞,与广深沿江高速相接,总长12.886km。全线有两座跨江特大桥梁,分别为主跨1200米、1688米悬索桥,共设置东涌、骝东、海鸥岛和沙田四处互通立交。
先行标(S1标)里程桩号为-K0+573.056~K1+663.618,主线桥全长2.236km,另含东涌互通A、D、E、H四条匝道以及广珠北线高速公路加宽桥、加宽路基、沿线改沟与改路工程等。其中K0~-K0+573.056部分为南二环高速预留部分,K0~K1+663.618为虎门二桥主线桥部分。