สะพานมหาเจษฎาบดินทรานุสรณ์มีขนาด 6 ช่องจราจร ช่องจราจรละ 3.50 เมตร ความยาว 460 เมตร (ช่วงกลางสะพานระหว่างตอม่อยาว 200 เมตร และช่วงข้างสะพานยาวด้านละ 130 เมตร)[11] มีเสาใหญ่ (pylon) เป็นเสาคอนกรีต 2 ต้น สูงจากพื้นสะพานประมาณ 45 เมตร (รวมยอดประดับ) เสาแต่ละต้นขึงสายเคเบิลไว้ 12 คู่ มีตอม่อซึ่งเป็นที่ตั้งเสาใหญ่ตั้งอยู่ในน้ำ 1 ตอม่อ อยู่บนบกริมฝั่งตะวันตกของแม่น้ำ 1 ตอม่อ และมีช่องลอดสำหรับการสัญจรทางน้ำกว้าง 150 เมตร สูง 5.60 เมตร[11]

โครงสร้างของสะพานมหาเจษฎาบดินทรานุสรณ์เป็นสะพานคานขึง (extradosed prestressed concrete bridge)[11] ซึ่งมีลักษณะผสมระหว่างสะพานเคเบิลขึงกับสะพานคานคอนกรีตอัดแรง (girder bridge) ก่อนหน้านี้ไม่เคยมีการก่อสร้างสะพานคานขึงในประเทศไทย[10][12] สาเหตุที่เลือกสร้างสะพานรูปแบบนี้เนื่องจากพื้นที่โครงการเป็นพื้นที่ต่ำ ไม่เหมาะสมที่จะสร้างเป็นสะพานคอนกรีตที่ใช้ตอม่อเป็นตัวรับน้ำหนักสะพานเพียงอย่างเดียว เพราะจะทำให้พื้นสะพานหนาขึ้นและเหลือช่องลอดต่ำ ไม่เช่นนั้นก็ต้องสร้างสะพานให้สูงขึ้นซึ่งต้องใช้พื้นที่เชิงลาดมากขึ้นและจะส่งผลกระทบต่อประชาชนในพื้นที่มากขึ้น[13] หากสร้างเป็นสะพานขึงซึ่งใช้เสาใหญ่และสายเคเบิลเป็นตัวรับน้ำหนักสะพาน แม้พื้นสะพานจะบางกว่า แต่จะทำให้งบประมาณการก่อสร้างสูงขึ้นมาก

ผู้ออกแบบสะพานได้นำสถาปัตยกรรมไทยประยุกต์สมัยรัตนโกสินทร์มาใช้เป็นแนวคิดหลักในการออกแบบเพื่อสร้างความเป็นเอกลักษณ์ให้กับตัวสะพาน กล่าวคือ ยอดประดับของเสาใหญ่ทั้งสองต้นมีรูปทรงดอกบัวบานและมีแกนกลางเป็นดอกบัวตูมเปล่งแสงสว่าง เปรียบเสมือนแสงแห่งปัญญาตามหลักศาสนา[12] อีกนัยหนึ่งรูปทรงดังกล่าวยังเปรียบเสมือนพระมหาพิชัยมงกุฎ แสดงถึงการเทิดทูนพระมหากรุณาธิคุณของพระมหากษัตริย์แห่งราชวงศ์จักรี[13] นอกจากนี้ ยังมีการประดับตัวสะพานด้วยเสาไฟซึ่งออกแบบตามสถาปัตยกรรมไทยประยุกต์ร่วมสมัยเช่นกัน