เป็นโครงสร้างยกระดับ เริ่มต้นจากสถานีเตาปูน ซึ่งเป็นสถานีร่วมกับรถไฟฟ้าสายสีน้ำเงินส่วนต่อขยาย ช่วงบางซื่อ-ท่าพระ ที่แยกเตาปูน ตามแนวถนนกรุงเทพฯ-นนทบุรี มุ่งหน้าไปทางทิศเหนือ ผ่านจุดตัดทางรถไฟบางซ่อนซึ่งเชื่อมต่อกับรถไฟชานเมืองสายสีแดงอ่อนที่สถานีรถไฟบางซ่อน ผ่านแยกวงศ์สว่าง จนสุดเขตกรุงเทพมหานคร เข้าสู่เขต ต.บางเขน อ.เมืองนนทบุรี จ.นนทบุรี เลี้ยวขวาที่แยกติวานนท์ เข้าสู่ถนนติวานนท์ ผ่านทางเข้ากระทรวงสาธารณสุข เลี้ยวซ้ายก่อนถึงแยกแคราย เข้าสู่ถนนรัตนาธิเบศร์ มุ่งหน้าไปทางทิศตะวันตก เชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของเส้นทางรถไฟฟ้าโมโนเรล สายสีชมพู (แคราย-ปากเกร็ด-มีนบุรี) ที่สถานีศูนย์ราชการนนทบุรี[6] ผ่านศาลากลางจังหวัดและศูนย์ราชการนนทบุรี จากนั้นข้ามแม่น้ำเจ้าพระยาที่สะพานคู่ขนานฝั่งทิศใต้ของสะพานพระนั่งเกล้า เข้าสู่พื้นที่ อ.บางใหญ่ ผ่านทางแยกต่างระดับบางรักน้อย (จุดตัดถนนราชพฤกษ์) และแยกบางพลู เลี้ยวขวาที่ทางแยกต่างระดับบางใหญ่มุ่งหน้าไปทางทิศเหนือตามถนนกาญจนาภิเษก ผ่านชุมชนตลาดบางใหญ่ ไปสิ้นสุดเส้นทางบริเวณคลองบางไผ่ พื้นที่ ต.บางรักพัฒนา อ.บางบัวทอง จ.นนทบุรี รวมระยะทางทั้งสิ้น 23 กิโลเมตร[7]

ส่วนเส้นทางช่วงบางซื่อ-เตาปูนในเส้นทางรถไฟฟ้าสายสีน้ำเงินที่ดำเนินการก่อสร้างพร้อมกันนั้น มีเส้นทางเริ่มต้นจากอุโมงค์ใต้ดินของสถานีบางซื่อในปัจจุบัน ขึ้นสู่ระดับดินบริเวณหน้าที่ทำการบริษัท ปูนซีเมนต์ไทย จำกัด (มหาชน) และยกระดับมุ่งหน้าสะพานสูงบางซื่อ และถนนประชาราษฎร์ สาย 2 ก่อนเข้าสู่ชานาชาลาชั้นล่างของสถานีเตาปูนตามแนวทิศตะวันตก-ตะวันออก ระยะทางประมาณ 1.2 กิโลเมตร ดังนั้นรถไฟฟ้าสายสีม่วงจึงไม่ได้เข้าสู่สถานีบางซื่อโดยตรง แต่เชื่อมต่อกับสายสีน้ำเงินช่วงดังกล่าวโดยเข้าสู่ชานชาลาชั้นบนของสถานีเตาปูนตามแนวทิศเหนือ-ใต้ ซึ่งเป็นเส้นทางต่อเนื่องกับโครงการรถไฟฟ้าสายสีม่วง ส่วนต่อขยายช่วงเตาปูน-ราษฎร์บูรณะ ทางทิศใต้