胶州湾第二隧道西起青岛西海岸新区淮河东路，向东沿刘公岛路下方敷设，穿越胶州湾，至青岛港附近登陆，在海泊河河口以高架桥梁形式衔接青岛东岸城区。

工程主线全长17.48公里，其中隧道长14.37公里（海域段9.95公里）；采用双洞双向六车道的主隧道加中间服务隧道的布置方式，最深点距海平面112米。设计时速80公里，客车、货车可通行。为实现隧道交通流的多级疏解，两岸分别设置了“1主+N辅”多个出入口。