最深部は南品川換気塔付近で、地表から約55mの深さになる。約7割の区間がシールド工法で建設されている。中央環状新宿線の高松側より順次開通し、2015年3月7日の大井JCTまでの全線開通により関越自動車道の関越トンネル（全長:上り線11,055 m、下り線10,926 m）を抜き、日本最長の道路トンネルとなった。開通当初から5,000 mを超える長大トンネルであり、全線開通以降は五反田出入口 - 大井JCT間で目黒川および京浜運河の下を通る水底トンネルとしての扱いも加わったことから、道路法により全区間で危険物積載車両の通行が禁止されている。