ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 36 เริ่มต้นแยกจากทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3 (ถนนสุขุมวิท) บริเวณทางแยกกะทิงลาย อำเภอบางละมุง จังหวัดชลบุรี และสิ้นสุดที่ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3 อีกครั้งที่แยกปลวกเกตุ ตำบลเชิงเนิน อำเภอเมืองระยอง จังหวัดระยอง ระยะทางรวม 57 กิโลเมตร[1]

ก่อนหน้านี้ทางหลวงแผ่นดินหมายเลขดังกล่าว มีถนนบายพาสเลี่ยงเมืองชลบุรี-พัทยาเป็นส่วนหนึ่งของทางหลวงสายนี้ โดยแยกจากทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3 (ถนนสุขุมวิท) บริเวณทางแยกต่างระดับหนองไม้แดง ผ่านถนนกรุงเทพฯ-ชลบุรี (มอเตอร์เวย์) บริเวณทางแยกต่างระดับคีรีนคร บรรจบกันที่ทางแยกต่างระดับพัทยา (โป่ง) รวมระยะทาง 76 กิโลเมตร (โดยปัจจุบันขยายเส้นทางไปยังทางแยกพัทยากลางแล้ว)

ปัจจุบันเส้นทางระหว่างทางแยกต่างระดับหนองไม้แดง-ทางแยกเข้าชายหาดบางแสน กรมทางหลวงกำหนดให้เป็นทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 361 (ทางเลี่ยงเมืองชลบุรี) และช่วงทางแยกต่างระดับบางแสน-ทางแยกพัทยากลางเป็นส่วนหนึ่งของทางหลวงพิเศษหมายเลข 7 (ถนนกรุงเทพฯ-ชลบุรี) ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 36 จึงคงเหลือแต่ช่วงระหว่างกะทิงลาย-ปลวกเกตุเท่านั้น