Cầu có kiến trúc 5 vòm chịu lực mang hình tượng cặp rồng thời Lý, thân rồng cuộn hình chữ S. Giữa đỉnh vòm là đầu cặp rồng cất cao, đối xứng nhau qua hòn ngọc, tượng trưng cho mặt trăng, mặt trời. Mỗi thân rồng có 12 vây tượng trưng cho 12 tháng mưa thuận gió hòa trong năm.[3][7] Đây là thiết kế đạt giải Nhất do Liên danh Công ty TNHH Đầu tư VTCO và WSP (Phần Lan) thiết kế trong cuộc thi tuyển kiến trúc công trình cầu Phật Tích – Đại Đồng Thành do Sở Giao thông vận tải tỉnh Bắc Ninh tổ chức vào năm 2016.[8]

Cầu có tổng chiều dài 1.518 m,[1] phần cầu vượt sông dài 1.215 m, điểm đầu thuộc địa phận xã Cảnh Hưng, huyện Tiên Du và điểm cuối tại xã Đại Đồng Thành, thị xã Thuận Thành.[9] Cầu được thiết kế quy mô vĩnh cửu bê tông cốt thép, kết hợp vòm thép và hệ dây cáp treo vào mặt cầu. Mặt cắt ngang cầu rộng 22,5 m, với kiến trúc 5 nhịp vòm cao 40–67 m.[3] Hai đầu cầu bố trí lối đi bộ hành lên cầu, kết nối đi lại thuận tiện với đường quy hoạch khu di tích Lăng Kinh Dương Vương và phạm vi đường dẫn bên phía đê bối Cảnh Hưng.[10]