南京大勝關長江大橋全長約9270m，為六跨連續鋼桁拱橋，主跨2×336m，連拱為世界同類橋梁最大跨度，橋上按六線布置，分別為京滬高速鐵路雙線、滬漢蓉鐵路雙線和南京地鐵雙線；其中京滬高速鐵路設計時速達300公里，滬漢蓉鐵路為I級干線，客貨共線，客車設計行車時速是200公里，南京地鐵行車時速是80公里。鋼拱桁梁全聯桁架的兩端240m為平弦桁架，高16.0m，節間長度12.0m的N形桁式，豎桿與線路的縱坡垂直。兩個336m的主跨為鋼桁拱連續梁，拱的矢高84.2m，矢跨比約1/4，拱頂桁高12m，從拱趾到拱頂總高96.2m。平弦與拱桁間設加勁弦及變高桁相連接。鐵路橋面設在平弦的下弦和拱桁的系桿上，離拱趾約28m高。三個主墩的兩側各60m范圍內為4個15m節間，其余的節間長均為12m，豎桿呈豎直設置。由于橋面有豎曲線，要兼顧拱跨結構的對稱性，近7＃中主墩的兩個節間調整到15.72m，其余節間長仍為12m。
