ทางด่วนสายนี้เชื่อมภูมิภาคโทโฮกุกับภูมิภาคคันโตหรือเขตมหานครโตเกียวและปริมณฑล และยังเป็นทางด่วนที่ยาวที่สุดในบรรดาทางด่วนทั้งหมดที่ดำเนินการโดยบริษัททางด่วนญี่ปุ่นตะวันออก[1]

เส้นทางเริ่มต้นที่จุดตัดกับทางด่วนโตเกียวไกกัง ทิศเหนือของโตเกียว ทางด่วนจะวิ่งขึ้นไปทางทิศเหนือผ่านที่ราบของจังหวัดไซตามะและจังหวัดโทจิงิ ก่อนที่จะเข้าสู่พื้นที่ที่เป็นภูเขาภายในภูมิภาคโทโฮกุ ผ่านทางตอนกลางของจังหวัดฟูกูชิมะ จากนั้นเส้นทางจะเข้าสู่จังหวัดมิยางิและผ่านบริเวณทางตะวันตกของเซ็นได ซึ่งเป็นเมืองที่ใหญ่ที่สุดในภูมิภาคโทโฮกุ เส้นทางต่อไปทางเหนือสู่จังหวัดอิวาเตะผ่านนครโมริโอกะ เมืองหลวงของจังหวัด เมื่อถึงทางตอนเหนือของจังหวัดอิวาเตะ เส้นทางจะเลี้ยวไปทางตะวันตกเฉียงเหนือในขณะที่ทางด่วนฮาจิโนเฮะจะแยกออกไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ จากนั้นทางด่วนโทโฮกุจะเข้าสู่ตอนกลางของจังหวัดอาโอโมริ ก่อนที่จะสิ้นสุดในนครอาโอโมริ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของทางด่วนอาโอโมริ โดยจะมีเส้นทางต่อไปทางทิศตะวันออกเป็นส่วนต่อขยายเชื่อมต่อกับนครฮาจิโนเฮะ[4]

ทางด่วนโทโฮกุมีเส้นทางขนานไปกับโทโฮกุชิงกันเซ็ง ทางรถไฟสายหลักโทโฮกุของบริษัทรถไฟญี่ปุ่นตะวันออก และทางหลวงหมายเลข 4 ตั้งแต่จุดเริ่มต้นที่โตเกียวไปจนถึงนครโมริโอกะ หลังจากที่เลยโมริโอกะขึ้นไปทางทิศเหนือ เส้นทางของทางด่วนโทโฮกุจะเบี่ยงไปทางตะวันตกเฉียงเหนือและไปขนานกับทางรถไฟสายหลักโออุ และทางหลวงหมายเลข 7 เส้นทางจะคดเคี้ยวผ่านเทือกเขาโออุไปสิ้นสุดปลายทางทิศเหนือบนทางหลวงหมายเลข 7 ในอาโอโมริ ตั้งอยู่ทางใต้ห่างประมาณหนึ่งกิโลเมตรจากสถานีรถไฟชินอาโอโมริ ปลายทางทิศเหนือของโทโฮกุชิงกันเซ็ง

ทางด่วนสายนี้มี 6 ช่องจราจรในช่วงตั้งแต่ชุมทางต่างระดับคาวางูจิ ถึงทางแยกต่างระดับอุตสึโนมิยะ และมี 4 ช่องจราจรตั้งแต่อุตสึโนมิยะ ไปจนถึงปลายทางที่อาโอโมริ

อัตราค่าผ่านทางหากเดินทางในทางด่วนโทโฮกุตลอดทั้งสายจากชุมทางคาวางูจิถึงทางแยกอาโอโมริ สำหรับรถยนต์ขนาดปกติค่าผ่านทาง 13,800 เยน สำหรับรถยนต์ขนาดเล็ก (kei car) ค่าผ่านทาง 11,100 เยน[5]