Theo báo cáo, tuyến đường sắt này nằm ở vị trí giao hội giữa hai hệ thống sông lớn là sông Sài Gòn- sông Bé và thuộc lưu vực sông Mê Kông- sông Sài Gòn. Tổng chiều dài của tuyến là 128,5km, khởi điểm từ ga Dĩ An (thuộc tuyến đường sắt Bắc - Nam) đi qua các thị trấn Thủ Dầu một, Chơn Thành, Lộc Ninh đến ga Hoa Lư tiếp giáp biên giới Campuchia. Toàn tuyến có tổng cộng 13 ga gồm: ga Dĩ An, Phù Trung, Thủ Dầu một, Chánh Lu, Bàu Bảng, Chơn Thành, Minh Hưng, Tân Khai, An Lư, Tân Phúc, Đồng Tâm, Lộc An, Hoa Lư. Cự ly bình quân giữa các ga là 11,7km; cự ly dài nhất là giữa ga Bàu Bảng và Chơn Thành 14km và cự ly ngắn nhất là giữa ga Minh Hưng và Tân Khai 7,8km.
Ngoài ra còn dự trữ một điểm lập ga mới (ga Bình Phước) để tạo điều kiện cho Nhà máy xi măng Bình Phước. Theo thiết kế, trên toàn tuyến có 23 cầu đường sắt với tổng chiều dài 7.957,30m (gồm 1 cầu đặc biệt lớn dài 828,2m, 9 cầu lớn, 5 cầu vừa và 8 cầu nhỏ); 17 cầu vượt đường bộ có tổng chiều dài 18,6km. Dự kiến sau khi xây dựng tuyến đường sắt Sài Gòn- Lộc Ninh sẽ là một hợp phần quan trọng trong mạng lưới đường sắt phía Nam trong tương lai, đó là các tuyến đờng sắt xuyên á, đường sắt cao tốc Bắc - Nam, đường sắt Sài Gòn - Vũng Tàu và tuyến Sài Gòn - Đắk Nông. Theo thiết kế hướng tuyến, tuyến đường sắt này bắt đầu từ ga Dĩ An, hướng lên phía Bắc, sau khi tới Đồng Tâm chạy đến biên giới Campuchia. Tại đây có 2 phương án lựa chọn hướng tuyến chính, cụ thể là nối ray tại Hoa Lư và nối ray tại Tà Vạt. Hiện Chính phủ Việt Nam và Campuchia đều lấy điểm nối ray tại Hoa Lư làm cơ sở đàm phán trong dự án đường sắt xuyên á giữa hai nước.
Dự báo khối lượng hành khách và hàng hóa trong tương lai dự kiến đạt 15 triệu tấn hàng và 20 đôi tàu khách. Luồng hàng trên tuyến chủ yếu gồm: hàng hóa liên vận quốc tế, vận chuyển vật tư nông công nghiệp cho các khu công nghiệp Bình Dương, Bình Phước và cho khu vực Đắk Nông. Hàng hóa khu vực tuyến này chủ yếu tập trung thực hiện tại khu vực đường sắt chuyên dùng và khu công nghiệp; các ga nhỏ trung gian chỉ làm tác nghiệp khách vận, không làm tác nghiệp hóa vận. Chỉ có ga Chơn Thành là ga tác nghiệp khách vận và hóa vận chính của tuyến. Qua phân tích tính toán, năng lực vận tải của tuyến đường sắt này hoàn toàn có thể đáp ứng nhu cầu vận tải hàng hóa, hành khách cho các năm 2012- 2015.
Theo quy hoạch, nghiên cứu đến năm 2020 tuyến này sẽ hình thành đường đôi, năng lực vận chuyển sẽ nâng cao rất rõ, có thể đáp ứng nhu cầu vận tải khách và hàng, đặc biệt là sau khi có tuyến đường sắt xuyên á đi qua Việt Nam. Theo thỏa thuận ban đầu giữa liên danh CMC- CRCC (Trung Quốc) và Chính phủ Việt Nam, tài chính của dự án được huy động thông qua nguồn tín dụng của Chính phủ Trung Quốc. Thời gian xây dựng tuyến được dự kiến trong khoảng 42 tháng; trong đó, thời gian khảo sát thiết kế và di dời mặt bằng là 12 tháng và thời gian thi công là 30 tháng.