แนวเส้นทางเป็นเส้นทางยกระดับทั้งโครงการในแนวตะวันตก-ใต้ มีจุดเริ่มต้นของทั้งโครงการที่สถานีสยาม ซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่อกับรถไฟฟ้าบีทีเอส สายสุขุมวิท รวมระยะทางทั้งสิ้น 14.67 กิโลเมตร

ในแนวตะวันตก เส้นทางจะเริ่มจากสถานีสยามไปทางทิศตะวันตกตามแนวถนนพระรามที่ 1 และเข้าสู่สถานีสนามกีฬาแห่งชาติ อันเป็นสถานีเดียวของฝั่งตะวันตก ในอนาคตแนวเส้นทางจะขยายต่อไปเชื่อมต่อกับรถไฟฟ้าชานเมืองสายสีแดงเข้มที่สถานียศเส

ในแนวใต้ เส้นทางจะเริ่มจากสถานีสยามไปทางทิศตะวันออกตามแนวถนนพระรามที่ 1 จากนั้นหักขวาเข้าถนนราชดำริ ถนนสีลม ผ่านจุดเชื่อมต่อรถไฟฟ้ามหานคร สายเฉลิมรัชมงคล ที่สถานีศาลาแดง หักซ้ายเข้าถนนนราธิวาสราชนครินทร์ และหักขวาเข้าสู่ถนนสาทร ข้ามทางพิเศษศรีรัช มุ่งหน้าข้ามแม่น้ำเจ้าพระยาที่สถานีสะพานตากสินเชื่อมต่อกับรถไฟฟ้าสายสีทองที่สถานีกรุงธนบุรี เชื่อมต่อกับรถไฟฟ้ามหานคร สายฉลองรัชธรรมที่สถานีวงเวียนใหญ่ และสิ้นสุดเส้นทางทั้งโครงการที่สถานีบางหว้า บริเวณทางแยกต่างระดับเพชรเกษม ซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่อกับรถไฟฟ้ามหานคร สายเฉลิมรัชมงคลอีกหนึ่งจุด ในอนาคตจะมีการศึกษาแนวเส้นทางต่อขยายเพิ่มเติม โดยไปตามถนนราชพฤกษ์ ข้ามทางยกระดับบรมราชชนนี และไปเชื่อมต่อกับรถไฟฟ้าชานเมืองสายสีแดงอ่อนที่สถานีตลิ่งชัน