西汉高速公路北起户县涝峪口，接已建成通车的西安至户县高速公路，跨越西安、安康、汉中3市9县（区），至于勉县黄家营（元墩），连接已经通车的勉县至宁强高速公路。
主线全长255.023km，概算总投资138.78亿元，建设工期5年，另按二级公路标准建设连接线长43.94km，总占地19417亩。全线共有桥梁411座，单幅总长114157延米，其中特大桥62座，连续刚构桥3座；隧道130座，单洞总长110696延米，其中特长隧道12座，长隧道14座；全线设互通式立交13处，分离式立交20处，服务区5处。采用双向四车道高速公路标准建设，设计时速60－100 km／h，路基宽度20－26m，全封闭，全立交。路线桥隧相连总长占总里程的66%。
在西安至汉中高速公路的建设中，为了在穿越秦岭过程中，有效地保护好这座“地质博物馆”和“国家公园”，建设单位尽量保持山体原貌，减少开挖。西汉高速公路全线有130座隧道，260个隧道口，而开挖的总面积仅相当于7个足球场大小。
在西汉高速公路上驾车行驶，闯进视线里的，满眼都是郁郁葱葱的绿色，很少能看到由于大规模施工后，对山体造成的难以恢复的损伤。在西汉高速公路修建过程中，为了有效地保护秦岭生态环境，建设单位在施工中，采用山外桥梁预制再运进山里的措施，避免了山体大面积开挖，同时隧道掘进采用了在洞口上方设置截水沟、排水沟，减少洪水的冲刷，另外对洞门围岩进行铆固处理，再进行植草种树，保持坡面原始状态。据了解，全线130座隧道260个洞门，开挖面积仅与7个足球场相当，共减少开挖土方20万方，少砍伐树木5万棵，增加绿化3万平方米。
为了全面带动沿线各区县的社会、经济发展，西汉高速公路在建设中，全线还按二级公路标准建设连接线长43.94公里，仅此总投资就达4.69亿元。
