โครงการรถไฟความเร็วสูงเชื่อมสามสนามบินเป็นโครงการที่ใช้โครงสร้างและแนวเส้นทางการเดินรถเดิมของระบบไฟฟ้าขนส่งมวลชนแอร์พอร์ตเรลลิงก์ (Airport Rail Link) ที่เปิดให้บริการอยู่ในปัจจุบัน โดยจะก่อสร้างทางรถไฟขนาด 1.435 เมตร (Standard Gauge) ส่วนต่อขยาย 2 ช่วง จากสถานีพญาไทไปยังสนามบินดอนเมือง และจากสถานีลาดกระบังไปยังสนามบินอู่ตะเภา พร้อมเชื่อมเข้าออกสนามบิน โดยใช้เขตทางเดิมของการรถไฟแห่งประเทศไทย (รฟท.) เป็นส่วนใหญ่ รวมระยะทาง 220 กิโลเมตร มีผู้เดินรถรายเดียวกัน ซึ่งรถไฟความเร็วสูงมีความเร็วสูงสุด 250 กิโลเมตร/ชั่วโมง (สำหรับช่วงการเดินรถระหว่างเมือง คือ สถานีสุวรรณภูมิ ถึง สถานีอู่ตะเภา) และความเร็วสูงสุด 160 กิโลเมตร/ชั่วโมง (สำหรับช่วงการเดินทางในเมือง คือ สถานีดอนเมือง ถึง สถานีสุวรรณภูมิ)
แนวเส้นทางโครงการผ่านพื้นที่ 5 จังหวัด ได้แก่ กรุงเทพฯ สมุทรปราการ ชลบุรี ระยอง และฉะเชิงเทรา มีจำนวนสถานีให้บริการทั้งหมด 9 สถานี ได้แก่ สถานีดอนเมือง สถานีบางซื่อ สถานีมักกะสัน สถานีสุวรรณภูมิ สถานีฉะเชิงเทรา สถานีชลบุรี สถานีศรีราชา สถานีพัทยา และสถานีอู่ตะเภา
แนวเส้นทางโครงการประกอบด้วย 3 โครงการ คือ
- โครงการระบบขนส่งทางรถไฟเชื่อมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิและสถานีรับส่งผู้โดยสารอากาศยานในเมือง (Suvarnabhumi Airport and City Air Terminal: ARL)
- โครงการระบบรถไฟเชื่อมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ ส่วนต่อขยาย ช่วงดอนเมือง-บางซื่อ-พญาไท (ARL Extension)
- โครงการรถไฟความเร็วสูง สายกรุงเทพฯ-ระยอง
โครงสร้างทางวิ่งของโครงการ ประกอบด้วย
ทางวิ่งโครงการรถไฟฟ้าแอร์พอร์ตเรลลิงก์ปัจจุบัน (ARL) ระยะทางประมาณ 29 กิโลเมตร และทางวิ่งที่ต้องก่อสร้างใหม่ประมาณ 191 กิโลเมตร โดยเบื้องต้นจำแนกลักษณะรูปแบบโครงสร้างทางวิ่งทั้งโครงการเป็น 3 ประเภท ได้แก่
- ทางวิ่งยกระดับ ระยะทางประมาณ 211 กิโลเมตร
- ทางวิ่งระดับดิน ระยะทางประมาณ 1 กิโลเมตร
- ทางวิ่งใต้ดิน ระยะทางประมาณ 8 กิโลเมตร
