ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 347 เริ่มต้นที่ทางแยกบนทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 346 (ปทุมธานี-บางพูน) บริเวณแยกเทคโนปทุมธานี จากนั้นมุ่งหน้าไปทางทิศเหนือตัดกับถนนคลองหลวงที่แยกเชียงรากใหญ่ ตัดกับถนนกาญจนาภิเษก ที่ทางแยกต่างระดับเชียงรากน้อย แล้วมาบรรจบกับทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 32 ที่ทางแยกต่างระดับบางปะหัน เรียกถนนช่วงนี้ว่า ถนนปทุมธานี–บางปะหัน จากนั้นใช้เขตทางร่วมกับทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 32 เป็นระยะสั้น ๆ แล้วแยกออกไปทางทิศตะวันออก ไปตัดกับทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 33 ในเขตเทศบาลตำบลบางปะหัน จากนั้นเส้นทางจะขนานคลอง และลัดเลาะไปตามแม่น้ำลพบุรี จนสิ้นสุดทางหลวงบริเวณแยกเจ้าปลุก ซึ่งเป็นจุดตัดกับทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3267 และทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3196 ในอำเภอมหาราช จังหวัดพระนครศรีอยุธยา และสามารถเดินทางต่อไปยังตัวเมืองลพบุรีได้ โดยตรงไปยังทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3196 โดยเรียกถนนช่วงนี้ว่า ถนนบางปะหัน–ลพบุรี

สภาพถนนตั้งแต่ปทุมธานีถึงถนนเชียงราก เป็นถนนขนาด 10 ช่องจราจร ก่อสร้างขึ้นเพื่อรองรับการแข่งขันกีฬาเอเชียนเกมส์ ครั้งที่ 13 กระทั่งผ่านลดหลั่นลงเป็นถนนขนาด 4 ช่องจราจรมีเกาะกลางจนถึงอำเภอบางปะหัน จังหวัดพระนครศรีอยุธยา ก่อนหน้านี้เป็นถนนคอนกรีตขนาด 2 ช่องจราจรสวนทาง ภายหลังมีการขยายเป็น 4 ช่องจราจรเพื่อแบ่งเบาภาระการจราจรบนถนนสายเอเชียมุ่งหน้าสู่ภาคเหนือ มีสะพานข้ามแม่น้ำเจ้าพระยา 2 แห่ง คือที่ อำเภอบางไทร และอำเภอพระนครศรีอยุธยา สำหรับช่วงตั้งแต่อำเภอบางปะหันถึงสี่แยกเจ้าปลุก อำเภอมหาราช เป็นถนนแอสฟัลต์ขนาด 2 ช่องจราจรสวนทาง