Двухуровневый 6-полосный транспортный тоннель берет свое начало на левом берегу Невы в центральной части города,  на Смольной наб. в створе Орловской улицы. Реку Неву тоннель пересекает на участке между Литейным и Большеохтинским мостами и выходит в створ сада «Нева» между Пискаревским проспектом и шоссе Революции.

По результатам расчетов прогнозная интенсивность движения транспортных потоков при платной эксплуатации Орловского тоннеля при рекомендуемом уровне тарифов на 2015 г. составит 49 000 авт./сутки, в том числе легковых автомобилей — 44 830 авт./сутки, грузовых автомобилей – 3 670 авт./сутки, автобусов – 500 авт./сутки.

В состав тоннельного комплекса входит двухуровневый тоннель круглого сечения глубокого заложения, проходящий под рекой Невой, Смольной и Свердловской набережными, длиной 955,5 м. Участок между камерами предусмотрено сооружать закрытым способом. Границы закрытого способа работ назначены на ПК 29+38,028 – на левом берегу р. Невы (демонтажная камера) и ПК 38+93,49 – на правом берегу (монтажная камера).

В верхнем и нижнем ярусе тоннеля располагаются проезжие части, рассчитанные на движение автомобилей по трем полосам в каждом направлении. Ширина полосы движения  — 3,5м. Движение по верхнему ярусу тоннеля предполагается в направлении: правый берег р. Невы – левый берег, по нижнему ярусу – в обратном направлении.

На береговых участках к тоннелю закрытого способа работ примыкают транспортные развязки, обеспечивающие выезд на прилегающие основные магистральные улицы. Съезды состоят из тоннелей полузакрытого и открытого способов работ, рамп и притоннельных сооружений.

В плане, проектируемый участок тоннеля закрытого способа работ имеет 2 угла поворота, в вершины вписаны круговые кривые с радиусами 2100 м. Пикетаж по тоннелю и съездам транспортных развязок назначен в направлении от левого берега к правому.

Продольный профиль тоннеля определяется, прежде всего, условиями закрытого способа работ. Положение тоннеля под Невой выбрано с расчетом, чтобы от свода тоннеля до дна реки оставалось не менее 17м.

Максимальный продольный уклон в тоннеле составляет  40‰.

Продольный профиль запроектирован с одной вертикальной (вогнутой) кривой радиусом 3000м.