แนวเส้นทางมีจุดเริ่มต้นที่สถานีบางขุนนนท์ ซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่อกับโครงการรถไฟฟ้าสายสีน้ำเงิน ช่วงบางซื่อ - ท่าพระ (สถานีบางขุนนนท์) และโครงการรถไฟชานเมือง (สายสีแดง) ช่วงตลิ่งชัน - ศิริราช (สถานีจรัญสนิทวงศ์) โดยโครงการรถไฟฟ้าสายสีส้ม เป็นโครงสร้างทางวิ่งใต้ดินวิ่งไปตามแนวเส้นทางรถไฟเดิม วิ่งลอดใต้แม่น้ำเจ้าพระยาโดยขนานไปกับสะพานสมเด็จพระปิ่นเกล้า ผ่านสนามหลวง ลอดใต้ถนนราชดำเนิน อนุสาวรีย์ประชาธิปไตย แล้วเบี่ยงแนวเส้นทางไปตามแนวถนนหลานหลวง จนถึงแยกยมราชแล้วเลี้ยวขวาไปตามถนนเพชรบุรี ไปจนถึงสี่แยกประตูน้ำแล้วเลี้ยวซ้ายลอดใต้ผ่านไปยังถนนราชปรารภ จากนั้นเลี้ยวขวาไปตามถนนดินแดง เลี้ยวซ้ายเข้าถนนวิภาวดีรังสิต เบี่ยงขวาผ่านศาลาว่าการกรุงเทพมหานคร 2 ผ่านชุมชนประชาสงเคราะห์ และสิ้นสุดโครงการที่สถานีศูนย์วัฒนธรรมแห่งประเทศไทย ซึ่งเป็นสถานีร่วมของโครงการรถไฟฟ้าสายสีส้ม และโครงการรถไฟฟ้าสายสีน้ำเงิน
รูปแบบโครงสร้าง : ทางวิ่งใต้ดินตลอดทั้งเส้นทาง
ระบบรถไฟฟ้า : Heavy Rail System
(รองรับผู้โดยสารได้สูงสุด 50,000 คน/ชั่วโมง/ทิศทาง)
ระยะทาง : 13.4 กิโลเมตร
จำนวนสถานี : 11 สถานี
รูปแบบการลงทุน : สัมปทานรูปแบบ PPP Net Cost (เอกชนลงทุนก่อสร้างงานโยธาส่วนตะวันตก งานระบบและจัดหาขบวนรถ รวมถึงงานเดินรถและบำรุงรักษาสายสีส้มทั้งเส้นทาง 30 ปี นับจากเริ่มเปิดให้บริการส่วนตะวันออก โดยรัฐจ่ายเงินสนับสนุนแก่เอกชนเป็นเงินสนับสนุนค่างานโยธาส่วนตะวันตก)
ผู้รับสัมปทาน : บริษัท ทางด่วนและรถไฟฟ้ากรุงเทพ จำกัด (มหาชน) (BEM)
(ลงนามสัญญาร่วมลงทุนเมื่อ 18 กรกฎาคม 2567)
ศูนย์ซ่อมบำรุงและอาคารจอดแล้วจร
- ศูนย์ซ่อมบำรุง ตั้งอยู่บนพื้นที่สำนักงาน รฟม. ถนนพระราม 9
- ผลตอบแทนทางด้านเศรษฐกิจ (EIRR) = 19.06% (ตลอดทั้งสาย)
- ผลตอบแทนทางด้านการเงิน (FIRR) = 0.40% (ตลอดทั้งสาย)
- ประมาณการณ์ผู้โดยสาร ณ ปีเปิดให้บริการ = 439,736 คน-เที่ยว/วัน (ตลอดทั้งสาย)
* อ้างอิงตามรายงานการศึกษาและวิเคราะห์โครงการตาม พ.ร.บ. ร่วมลงทุนฯ พ.ศ. 2556 โครงการรถไฟฟ้าสายสีส้ม ช่วงศูนย์วัฒนธรรมแห่งประเทศไทย - มีนบุรี (6 กันยายน 2561)