สะพานสร้างตามแบบ Cantilever ประกอบด้วยสะพานเหล็ก 5 ช่วง ส่วนหนึ่งเป็นถนนคอนกรีตเสริมเหล็กให้รถยนต์ทุกชนิดผ่าน อีกส่วนหนึ่งเป็นทางรถไฟ พร้อมทางเดินเท้า 2 ด้าน ตัวสะพานมีความยาว 442.08 เมตร กว้าง 10 เมตร สูงจากระดับน้ำทะเลถึง 10 เมตร ดังนั้นเรือขนาดธรรมดาสามารถลอดผ่านได้

ปัจจุบันสะพานพระราม 6 ปิดการจราจรส่วนที่เป็นถนน เมื่อมีการก่อสร้าง สะพานพระราม 7 ขึ้นเป็นสะพานคู่ขนาน แล้วนำส่วนที่เคยเป็นถนนแปรสภาพเป็นทางรถไฟ ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของทางคู่ช่วง ชุมทางบางซื่อ - นครปฐม สำเร็จเมื่อปี พ.ศ. 2546 แม้กระนั้นก็ตาม เวลาใช้งานจริงต้องให้รถไฟแล่นผ่านไปครั้งละขบวน เพื่อป้องกันไม่ให้สะพานทะลายลงมาเพราะรับน้ำหนักเกินพิกัด

สะพานพระราม 6 เป็นสะพานเหล็กโครงทรัสรองรับทางรถไฟข้ามแม่น้ำเจ้าพระยา ระหว่างสถานีชุมทางบางซื่อ กับ สถานีบางบำหรุ ในทางรถไฟสายใต้ (แยกพระราม 6) โครงสร้างของสะพานมีลักษณะสมมาตรตามแนวยาว ประกอบด้วย

• ตะม่อ (Pier) รองรับตัวสะพาน จำนวน 6 ตะม่อ (Pier) คือ ตะม่อ (Pier) A , B , C , D , E และ F
• ความยาวช่วงสะพานระหว่างตะม่อแต่ละช่วงโดยประมาณเป็น 77 , 84 , 120 , 84 และ 77 เมตร ตามลำดับ รวมความยาวทั้งสิ้นโดยประมาณ 442 เมตร
• ตัวสะพานเป็นสะพานเหล็กโครงทรัส (Truss) มีจำนวน 5 Truss คือ Truss A , B , C , D และ E โดยที่ Truss A และ E เป็น Simple Truss , Truss B และ D เป็น Anchor Truss และ Truss C เป็น Suspended Truss

เนื่องจากสะพานพระราม 6 เป็นสะพานซึ่งถูกออกแบบให้มีทางรถยนต์ขนานคู่ไปกับทางรถไฟมีผลให้ขนาดหน้าตัดของชิ้นส่วนโครงทรัสทั้ง 2 ฝั่งไม่เท่ากัน โดยขนาดหน้าตัดของชิ้นส่วนโครงทรัสฝั่งทางรถไฟ (Railway Side) จะมีขนาดใหญ่กว่าโครงทรัสฝั่งทางรถยนต์ (Highway Side) ต่อมาการรถไฟแห่งประเทศไทยได้ดำเนินการทุบรื้อทางรถยนต์ขนานคู่ไปกับทางรถไฟบนสะพานออกไป และได้ดำเนินการเสริมกำลัง (Strengthening) โครงทรัสฝั่งทางรถยนต์ (Highway Side) เสริมกำลัง Stringer และ Floor Beam (Cross Girder) อีกทั้ง ติดตั้ง Stringer และวางทางรถไฟทางคู่เพิ่มขึ้นอีกหนึ่งทางแทนทางรถยนต์ขนานคู่ไปกับทางรถไฟเดิม

เมื่อปี พ.ศ. 2544 จากการวิเคราะห์และประเมินความแข็งแรงของโครงสร้างสะพานพระราม 6 โดยกิจการร่วมค้า บริษัท เคทีเอ็ม เครน และบริษัท จีทีแอนด์อาร์ อินเตอร์เนชั่นแนล จำกัด ปรากฏตามรายงาน “รายงานการตรวจสอบและประเมินสภาพโครงสร้างสะพานพระราม 6 โครงการปรับปรุงตรวจสอบและประเมินสภาพสะพานพระราม 6 โดยกิจการร่วมค้า เคทีเอ็ม เครน-จีทีแอนด์อาร์ เสนอการรถไฟแห่งประเทศไทย เมื่อเดือนสิงหาคม 2544” ใช้วิธีการประเมินความแข็งแรงของโครงสร้างสะพานโดยวิธีการ Working Stress Method ตามมาตรฐานของ AREMA (American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association) Manual for Railway Engineering , 2003 Volume 2 CHAPTER 15 Steel Structures Part 7 Existing Bridges , Section 7.3 Rating for Existing Bridges. พบว่า

1. น้ำหนักบรรทุกชนิด DL.15 หรือ น้ำหนักกดเพลา 15 ตัน วิ่งขบวนรถเพียงทางเดียวทั้ง 2 ทาง (ทางเดิมและทางใหม่) และวิ่งขบวนรถพร้อมกันทั้ง 2 ทาง โครงสร้างสะพานสามารถรับ น้ำหนักขบวนรถได้ อย่างปลอดภัย
2. น้ำหนักบรรทุกชนิด DL.16 หรือ น้ำหนักกดเพลา 16 ตัน วิ่งขบวนรถเพียงทางเดียวบนทางเดิมหรือทางใหม่ โครงสร้างสะพานสามารถรับ น้ำหนักขบวนรถได้ อย่างปลอดภัย หากวิ่งขบวนรถพร้อมกันทั้ง 2 ทาง มีบางชิ้นส่วนของโครงสร้างไม่สามารถรับ น้ำหนักได้ จำเป็นต้องเสริมกำลัง
3. น้ำหนักบรรทุกชนิด U.20 หรือ น้ำหนักกดเพลา 20 ตัน วิ่งขบวนรถเพียงทางเดียวบนทางเดิม โครงสร้างสะพานสามารถรับน้ำหนักขบวนรถได้ อย่างปลอดภัย หากวิ่งขบวนรถพร้อมกันทั้ง 2 ทาง มีบางชิ้นส่วนของโครงสร้างไม่สามารถรับ น้ำหนักได้ จำเป็นต้องเสริมกำลัง