สะพานพระราม 8 มีความยาวรวม 475 เมตร สูงเท่าสะพานสมเด็จพระปิ่นเกล้า และความลาดชันไม่เกิน 3% เป็นสะพานหลักช่วงข้ามแม่น้ำ 300 เมตร สะพานยึดช่วงบนบก 100 เมตร และสะพานช่วงโครงสร้างยึดเสา 75 เมตร มีรูปแบบโดดเด่นสวยงามเพราะได้ออกแบบเป็นสะพานขึงแบบอสมมาตร ซึ่งหมายความว่ามีเสาสะพานหลักเสาเดียวบนฝั่งธนบุรี และมีเสารับน้ำหนัก 1 ต้นบนฝั่งพระนคร จึงไม่มีเสารับน้ำหนักตั้งอยู่ในแม่น้ำเจ้าพระยา ทำให้ไม่มีปัญหาต่อการสัญจรทางน้ำ ช่วยป้องกันน้ำท่วมและระบบนิเวศวิทยาในน้ำ รวมทั้งไม่กระทบต่อการจัดตั้งกระบวนพยุหยาตราชลมารค

การรับน้ำหนักของสะพาน ได้ติดตั้งสายเคเบิลระนาบคู่ 28 คู่ขึงยึดพื้นช่วงข้ามแม่น้ำ และใช้สายเคเบิลระนาบเดี่ยว 28 เส้น ขึงยึดรั้งกับโครงสร้างยึดเสาสะพานบนฝั่งธนบุรี เคเบิลแต่ละเส้นประกอบด้วยสลิงตั้งแต่ 11-65 เส้น เมื่อเกิดปัญหากับเคเบิล สามารถขึงหรือหย่อนได้ง่าย ไม่จำเป็นต้องปิดการจราจรเหมือนสะพานพระราม 9 เนื่องจากเคเบิลแต่ละเส้นใช้สลิง ภายในซึ่งเป็นขดลวดใหญ่ทำให้ดูแลบำรุงรักษาและซ่อมแซมยากกว่า อีกทั้งสายเคเบิลของสะพานพระราม 8 ยังมีสีเหลืองทอง สีประจำพระองค์ของพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชเมื่อสะท้อนแสงจะส่องประกายสวยงาม โดยเฉพาะยามค่ำคืน

ด้านมาตรฐานความปลอดภัยได้ทดสอบแรงดึงในลวดสลิง 1 ล้านครั้ง โดยใช้แรงดึงปกติ 10 ตัน ไม่มีปัญหา และต้องใช้แรงดึงถึง 27 ตัน ลวดสลิงถึงขาดแต่ก็แค่ 1% เท่านั้น นอกจากนี้ได้มีการทดสอบแรงลม แรงสั่นสะเทือน ทิศทางลม รวมทั้งติดตั้งเครื่องวัดไว้ตลอด 24 ชั่วโมง เพื่อดูความผิดปกติที่อาจจะเกิดขึ้น

สะพานพระราม 8 เป็นสะพานขึงแบบอสมมาตรที่ยาวติดอันดับ 5 ของโลก รองจากประเทศเยอรมนีซึ่งติดอันดับถึง 3 สะพาน และประเทศเนปาล โดยนับจากความยาวช่วงของสะพาน ส่วนสะพานพระราม 9 ซึ่งเป็นสะพานขึงตัวแรกแต่เป็นแบบสมมาตร เพราะมี 2 เสา ถือว่าอยู่ในอันดับที่ 18 ของโลก โดยนับความยาวช่วงของสะพานได้ 450 เมตร