天兴洲长江大桥位于武汉市青山区至汉口谌家矶一线，北岸为江岸区谌家矶，南岸为青山区建十路，距上游武汉长江二桥约9.5千米；该桥南起青化立交桥，上跨长江水道，北至汉施立交桥，为武汉三环线的组成部分之一。

天兴洲长江大桥分别由水上双层主桥、南北段引桥、两座倒Y形塔柱，以及各匝道组成，主桥路段呈东南至西北方向布置。

天兴洲长江大桥按四线铁路修建的双塔三索面三主桁公铁两用斜拉桥，南汊主桥公路、铁路共桥，上、下层布置，公路在上层，铁路在下层，往北在天兴洲上公路从平面上脱离铁路中心线，分离共建部分后，平行于铁路桥中线跨越北汊。

南汊主桥为斜拉桥，主梁为板桁结合钢桁梁，主塔采用倒“Y”型，钢筋混凝土结构。北汊桥为四跨一联的预应力混凝土连续梁设计。

天兴洲长江大桥全长4657.1米，南汊主桥长1092米，采用（98+196+504+196+98）米的跨径布置，主梁共3片主桁，桁宽30米，高15.2米，节间长度14米；主桁弦杆最大杆力5600吨。主塔承台以上高度188.5米，每塔两侧各设3x16根斜拉桥，斜拉最长索为271米，最大索力约1250吨；公路桥面处索距14米，三索面见相邻索面中心距为15米。

天兴洲长江大桥北汊桥采用（54.2+2x80+54.2）米跨径布置。

天兴洲长江大桥桥面宽27米，采用0.5米（防撞护栏）+0.75米（检修道）+0.5米（路缘带）+2x3.75米（行车道）+3.5米（行车道）+0.5米（路缘带）+0.5米（中央分隔带）+0.5米（路缘带）+3.5米（行车道）+2x3.75米（行车道）+0.75米（检修道）+0.5米（路缘带）+0.50米（防撞护栏）跨径组成。

天兴洲长江大桥桥上路灯使用了世界领先的路灯智能监控系统，工作人员在监控室内可以根据该桥上的实际车流量来调整路灯亮度和路灯开启密度。

武汉市政府于2017年9月12日发布通告，宣布自2018年1月1日零时起，停止征收该市“九桥一隧一路”ETC车辆通行费，天兴洲长江大桥包括其中。

2019年4月6日至2019年6月5日，天兴洲大桥进行道路路面整治工程施工，平安铺立交西往南（谌家矶大道往天兴洲大桥方向）匝道禁止机动车通行。

天兴洲长江大桥采用诸多技术，其中：

1、提出并采用三索面三主桁斜拉桥结构，解决了桥梁跨度大、桥面宽、活载重、列车速度快等带来的技术难题，实现了中国铁路桥梁跨度从300米级到500米级的跨越。

2、用边跨公路混凝土桥面板与主桁结合、中跨公路正交异性钢桥面板与主桁结合共同受力的混合结构，解决了超大跨度公铁两用桥梁中跨加载时的边墩负反力问题，同时提高了桥梁结构的竖向刚度以适应高速列车运行。

3、钢桁梁安装采用节段整体架设技术，实现了我国钢桁梁架设从传统的单根杆件安装向工厂整体制造、工地大节段架设的转变，减少了工地大量的焊接工作，提高了钢梁的安装效率。

4、采用吊箱围堰锚墩定位及围堰随长江水位变化带载升降技术，实现了大型深水围堰的精确定位，提高了围堰的渡汛能力。

5、研制了KTY4000型全液压动力头钻机，把长江深水中钻孔能力从3米直径提高至4m；研制了700吨架梁吊机，实现了桁段架设中的多点起吊和精确对位。

2009年12月26日，天兴洲长江大桥通车，武汉市青山区邮政局启用“天兴洲长江大桥通车纪念”邮戳。

2010年12月，第七届世界高速铁路大会在北京召开，中国发行2010-29《中国高速铁路》邮票，主图为“和谐号”动车组，背景画面为天兴洲长江大桥。

天兴洲长江大桥建成后，京广高速铁路穿越该桥，与武汉长江大桥形成一个铁路环线，将使铁路过将江能力扩大二至三倍；同时天兴洲长江大桥的建成通车，也进一步完善了武汉市路网，缓解武汉长江一桥、二桥通车能力紧张的状况，为武汉城市的进一步发展奠定了坚实的基础。（《铁路知识》 评）