Dự án có điểm đầu tại ga Tháp Chàm (Km0+000) thuộc tuyến đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh. Điểm cuối là ga Đà Lạt (Km 83+490) thuộc phường 10, thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng. Tổng chiều dài tuyến đường thuộc dự án khoảng 83,5 km gồm 16 ga và trạm khách.

Tuyến đường dừng khai thác quá lâu nên ngoài đầu tư mua sắm thiết bị đầu máy, toa xe; dự án gần như phải làm mới hàng loạt công trình hạ tầng, thông tin tín hiệu. Xây dựng depot, nhà xưởng sửa chữa đầu máy, toa xe khu vực depot Tháp Chàm…

Đặc biệt đoạn tuyến từ Tháp Chàm đến Sông Pha có thể sử dụng các loại đầu máy, toa xe của đường sắt khổ 1.000 mm đang khai thác.

Nhưng đối với đoạn từ Sông Pha đến Đà Lạt sẽ sử dụng các loại đầu máy răng cưa và các loại toa xe có chiều dài ngắn hơn để đi qua các đoạn có đường ray răng cưa và bàn kính đường cong nhỏ.

Toàn bộ tuyến đường sắt Tháp Chàm - Đà Lạt có khổ đường 1.000 mm, tốc độ thiết kế 30 - 60 km/h; sử dụng đầu máy diesel, toa xe tải trọng nhẹ.

Với quy mô đầu tư như trên, dự án có tổng mức đầu tư 24.902 tỷ đồng gồm cả lãi vay trong thời gian thi công.

Cục Đường sắt Việt Nam dự kiến chia Dự án khôi phục tuyến đường sắt Tháp Chàm - Đà Lạt thành 3 dự án thành phần gồm: Dự án thành phần 1 - bồi thường, di dời và tái định cư; Dự án thành phần 2 - đầu tư xây dựng hạ tầng tuyến đường sắt đoạn ga Tháp Chàm - ga Trại Mát.

Dự án thành phần 3: đoạn tuyến ga Trại Mát - ga Đà Lạt đang khai thác. Trong đó dự án thành phần 2 được chọn để thực hiện đầu tư theo phương thức PPP.

Tuyến đường sắt Đà Lạt - Tháp Chàm dài 84 km được người Pháp xây dựng từ năm 1908 - 1932, với 12 nhà ga, 5 hầm chui và có 2 đoạn răng cưa để vượt đèo dốc dài gần 14 km.

Từ năm 1968, tuyến đường ngừng khai thác. Sau năm 1975 hoạt động trở lại nhưng chỉ được vài chuyến. Đến năm 1986, hầu hết tà vẹt, đường ray bị tháo dỡ.