ทางพิเศษเฉลิมมหานครมีจำนวน 3 เส้นทาง มีจุดเริ่มต้นทางฝั่งทิศเหนือ ทิศตะวันออก และทิศตะวันตก เชื่อมต่อกันที่ทางแยกต่างระดับท่าเรือ ระยะทางรวม 27.1 กิโลเมตร ประกอบด้วย สายดินแดง–ท่าเรือ สายบางนา–ท่าเรือ และสายดาวคะนอง–ท่าเรือ

สายดินแดง–ท่าเรือ

ทางพิเศษสายดินแดง–ท่าเรือ เปิดให้บริการ 29 ตุลาคม พ.ศ. 2524 ระยะทาง 8.9 กิโลเมตร แนวสายทางเริ่มจากปลายถนนวิภาวดีรังสิต มุ่งไปทางทิศใต้ ผ่านทางแยกต่างระดับมักกะสัน ผ่านถนนสุขุมวิท ช่วงนี้เป็นทางยกระดับขนาด 6 ช่องจราจร และเป็นทางระดับดินตั้งแต่ถนนสุขุมวิทถึงถนนพระรามที่ 4 และเป็นทางยกระดับอีกครั้งในช่วงถนนพระรามที่ 4 ถึงทางแยกต่างระดับท่าเรือ เชื่อมต่อกับทางพิเศษสายดาวคะนอง–ท่าเรือ ทางพิเศษสายนี้ประกอบด้วยด่านเก็บค่าผ่านทางจำนวน 6 ด่านคือ ด่านดินแดง, ด่านเพชรบุรี, ด่านสุขุมวิท, ด่านพระรามสี่ 1, ด่านเลียบแม่น้ำ และด่านท่าเรือ 1

สายท่าเรือ–บางนา

ทางพิเศษสายท่าเรือ–บางนา เปิดให้บริการ 17 มกราคม พ.ศ. 2526 ระยะทาง 7.9 กิโลเมตร แนวสายทางเริ่มจากปลายทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 34 บริเวณทางแยกบางนา แล้วมุ่งไปทางทิศตะวันตก ผ่านจุดตัดทางพิเศษฉลองรัชที่ทางแยกต่างระดับสุขุมวิท ช่วงนี้เป็นทางระดับดินขนาด 6 ช่องจราจร และเป็นทางยกระดับตั้งแต่ทางแยกต่างระดับสุขุมวิท 50 ถึงทางแยกต่างระดับท่าเรือ ทางพิเศษสายนี้ประกอบด้วยด่านเก็บค่าผ่านทางจำนวน 4 ด่านคือ ด่านท่าเรือ 2, ด่านอาจณรงค์, ด่านสุขุมวิท 62 และด่านบางนา

สายท่าเรือ–ดาวคะนอง

ทางพิเศษสายท่าเรือ–ดาวคะนอง เปิดให้บริการ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2530 ระยะทาง 10.3 กิโลเมตร แนวสายทางเริ่มจากทางแยกต่างระดับท่าเรือ มีถนนรัชดาภิเษก กับ ถนนพระรามที่ 3 คู่ขนานไปตามทางด่วน ผ่านทางแยกต่างระดับบางโคล่ ข้ามแม่น้ำเจ้าพระยาที่สะพานพระราม 9 ช่วงนี้เป็นทางยกระดับขนาด 6 ช่องจราจร และลดช่องจราจรเหลือ 4 ช่อง ตั้งแต่สะพานพระราม 9 และสิ้นสุดที่ถนนพระรามที่ 2 ทางพิเศษสายนี้ประกอบด้วยด่านเก็บค่าผ่านทางจำนวน 5 ด่านคือ ด่านสาธุประดิษฐ์ 1, ด่านสาธุประดิษฐ์ 2, ด่านพระราม 3, ด่านสุขสวัสดิ์ และด่านดาวคะนอง