Theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn 2050, tuyến đường Tây Thăng Long là trục giao thông chính kết nối khu vực Tây Hồ và phía Bắc cầu Thăng Long với khu đô thị Sơn Tây.
Dự án có điểm đầu giao với đường Võ Chí Công (đường Vành đai 2); điểm cuối giao với quốc lộ 32 thị xã Sơn Tây.
Dự án được chia thành 5 giai đoạn với tổng chiều dài toàn tuyến là 33,18km. Theo đó, đoạn 1 dài 2,1km từ đường Võ Chí Công đến Phạm Văn Đồng xuyên qua Khu đô thị Tây Hồ Tây. Đoạn 2 dài 3,2km từ Phạm Văn Đồng đến đường Văn Tiến Dũng.
Đoạn 3 dài khoảng 3km từ đường Văn Tiến Dũng đến Tây Tựu, Thượng Cát. Đoạn 4 dài 4,9km từ Tây Tựu đến đường Vành đai 4. Đoạn 5 dài 20km từ Vành đai 4 đến thị xã Sơn Tây.
Đến nay, giai đoạn 1 của dự án từ đường Võ Chí Công đến Phạm Văn Đồng với chiều dài khoảng 2km đã hoàn thành đầu tư xây dựng. Đoạn tuyến có mặt cắt khoảng 60m, đáp ứng 10 làn xe.
Đoạn tuyến từ đường Phạm Văn Đồng đến Văn Tiến Dũng đang trong quá trình thi công với chiều dài 3,2km, tổng mức đầu tư gần 1.500 tỷ đồng.
Với đoạn 3 dài 3km từ đường Văn Tiến Dũng đến nút giao đường Vành đai 3,5 đã được thi công hoàn thiện, đáp ứng 10 làn xe.
Đáng chú ý, trong giai đoạn 2021 - 2025, đoạn 4 tuyến đường Tây Thăng Long (từ nút giao Vành đai 3,5 đến đường kênh Đan Hoài, huyện Đan Phượng) với tổng vốn đầu tư gần 1.300 tỷ đồng sẽ được đầu tư xây dựng. Theo quy hoạch, đoạn tuyến có chiều dài khoảng 5,8km, quy mô mặt cắt ngang rộng 40 - 60,5m (loại đường trục chính đô thị) là trục đường huyết mạch và quan trọng phía Nam sông Hồng nhằm kết nối đường Tây Thăng Long với đường Vành đai 3,5 và đường Vành đai 4.
Theo UBND thành phố Hà Nội, các đoạn tuyến trên đường Tây Thăng Long khi hoàn thành sẽ tạo thành trục huyết mạch và thông suốt nối từ khu vực Tây hồ Tây đến thị xã Sơn Tây, kết nối giao thông liên khu vực.
Các đoạn tuyến này còn kết nối với các trục đường quy hoạch của thành phố nhằm giảm tải cho Quốc lộ 32, tạo thuận lợi cho việc đi lại của Nhân dân cũng như thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội Thủ đô.