Thiết kế cầu Thủ Thiêm 4 dạng dây văng gồm phần cầu chính nối quận 2 và quận 7, chiều dài hơn 2,1 km, tĩnh không 80x10m với tổng số vốn 5.254 tỷ đồng, phần cầu dẫn trên đường Nguyễn Văn Linh bố trí từ trước nút giao Nguyễn Văn Linh - cầu Tân Thuận 2 và 2 nhánh cầu dẫn N1, N2 từ cầu chính phía quận 7 xuống đường Huỳnh Tấn Phát.

Trước đó, liên danh 3 công ty gồm Công ty Cổ phần Phát triển Bất động sản Phát Đạt (là một doanh nghiệp có tiềm lực tài chính vững mạnh, hiện đang triển khai dự án River city tại Quận 7 cùng với An Gia và Quỹ đầu tư Creed) cùng Công ty Cổ phần Đầu tư và Phát triển hạ tầng 620 và Công ty Cổ phần Đầu tư phát triển xây dựng 168 (Liên danh Phát Đạt – 620 – 168) đề xuất được đầu tư xây dựng cầu Thủ Thiêm 4 bằng hình thức đổi đất tại khu đô thị mới Thủ Thiêm trong khu chức năng số 3 và số 4.

Để kết nối Khu đô thị Thủ Thiêm, TP. Hồ Chí Minh đã hoàn thành và đưa vào sử dụng các công trình: Cầu Thủ Thiêm 1, đường hầm Thủ Thiêm (qua sông Sài Gòn). Cầu Thủ Thiêm 2 với tổng số vốn gần 3.100 tỷ đồng cũng đã được khởi công từ tháng 2/2015, dự kiến sẽ hoàn thành và đưa vào khai thác từ năm 2018.