Đường cao tốc Nha Trang – Phan Thiết dài 230 km, có điểm đầu tuyến là điểm đầu tại Km5+783 thuộc xã Diên Thọ, huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa và điểm cuối tuyến tại Km235 thuộc xã Hàm Kiệm, tỉnh Bình Thuận, nối với đường cao tốc Dầu Giây - Phan Thiết.Đoạn này có tổng chiều dài của toàn tuyến lên đến 235 km quy mô 4-6 làn xe thuộc 3 tỉnh Khánh Hòa, Ninh Thuận và Bình Thuận.Tuyến đường đi qua địa bàn các xã, thị trấn: Diên Thọ, Diên Tân, Suối Tiên (huyện Diên Khánh), Suối Cát, Suối Tân, Sơn Tân, Cam Phước Tây (huyện Cam Lâm), Cam Phước Đông (thành phố Cam Ranh) của tỉnh Khánh Hòa; Phước Thành, Phước Trung (huyện Bác Ái), Nhơn Sơn (huyện Ninh Sơn); Phước Sơn, Phước Vinh, Phước Thái, Phước Hữu (huyện Ninh Phước), Nhị Hà (huyện Thuận Nam) của tỉnh Ninh Thuận; Vĩnh Tân, Vĩnh Hảo, Phú Lạc, Phong Phú (huyện Tuy Phong), Phan Hòa, Phan Hiệp, Hải Ninh, Phan Thanh, Lương Sơn, Sông Bình, Sông Lũy, Bình Tân (huyện Bắc Bình), Hồng Liêm, Thuận Hòa, Hàm Trí, Ma Lâm, Thuận Minh, Hàm Chính, Hàm Liêm, Hàm Hiệp (huyện Hàm Thuận Bắc), Hàm Thạnh, Mương Mán, Hàm Kiệm (huyện Hàm Thuận Nam) của tỉnh Bình Thuận.Đường cao tốc Nha Trang – Phan Thiết gồm 3 dự án thành phần: Nha Trang - Cam Lâm (dài 50 km, tổng mức đầu tư 7.600 tỷ đồng), Cam Lâm - Vĩnh Hảo (dài 79 km. tổng mức đầu tư 18.464 tỷ đồng), Vĩnh Hảo - Phan Thiết (dài 101 km, tổng mức đầu tư 11.603 tỷ đồng).Vì không có nhà đầu tư nào trúng thầu, đoạn Vĩnh Hảo - Phan Thiết đã khởi công vào tháng 11 năm 2020 theo hình thức đầu tư công. Hai đoạn cao tốc còn lại vẫn tiếp tục theo hình thức PPP.Tại Km122 của đoạn Cam Lâm - Vĩnh Hảo có bố trí hầm núi Vung ở địa phận huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận dài khoảng 2,2 km.