Dự án tuyến metro số 5 Văn Cao - Hòa Lạc có tổng chiều dài tuyến khoảng 39,61 km, thuộc địa phận 18 xã/phường của TP Hà Nội. Theo báo cáo ĐTM của dự án, tuyến có điểm đầu tại ngã tư Văn Cao - Hoàng Hoa Thám, thuộc địa bàn phường Tây Hồ; điểm cuối tại khu vực Thạch Bình, thuộc địa bàn xã Hòa Lạc.
Trên tuyến sẽ có 20 nhà ga (6 ga ngầm, 12 ga mặt đất, 2 ga trên cao), trong đó có 8 ga trung chuyển; 2 khu Depot. Depot 1 tại Xã Sơn Đồng và Xã Dương Hòa. Depot 2 tại Xã Hòa Lạc.
Đối với đoạn ngầm (ga S1 - S6) từ nút giao Văn Cao - Hoàng Hoa Thám tới khu vực Trung tâm Hội nghị Quốc gia, được bố trí chủ yếu trong phạm vi trục đường giao thông hiện hữu Liễu Giai – Nguyễn Chí Thanh – Trần Duy Hưng. Lối lên xuống nhà ga được bố trí trên phạm vi vỉa hè của tuyến đường. Cụ thể, Nhà Ga S1 Quần Ngựa của tuyến sẽ được đặt ở khu vực nút giao Văn Cao - Quần Ngựa. Hiện đơn vị thi công đang triển khai di dời hạ tầng kỹ thật, thực hiện rào chắn cố định dải phân cách giữa và toàn bộ phần lòng đường phía sân vận động để tổ chức thi công nhà ga S1.
Tại ga S2 - Kim Mã, đoạn chân cầu vượt Nguyễn Chí Thanh đang được quây rào để phục vụ thi công dốc hạ ngầm của dự án tuyến đường sắt đô thị Nhổn - ga Hà Nội.
Ở vị trí nút giao Nguyễn Chí Thanh - La Thành hiện đang triển khai thi công nhà ga S3 Vành đai 1, đây cũng là khu vực nằm trong phạm vi dự án đường Vành đai 1 đoạn Hoàng Cầu - Voi Phục.
Nhà ga S4 - Vành đai 2 của dự án được bố trí ở chân cầu vượt Láng Hạ - Lê Văn Lương, cách đấy khoảng 1 km là Ga S5 - Hoàng Đạo Thúy.
Từ ga S6 - Vành đai 3, sau khi di chuyển qua Trung tâm Hội nghị quốc gia tuyến sẽ chuyển tiếp lên trên mặt đất và đi nổi ở đoạn cầu vượt Mễ Trì, đi nổi trên dải phân cách giữa của đại lộ Thăng Long cho đến khi kết thúc.
Ga đi nổi đầu tiên là ga S7 - Lê Đức Thọ được bố trí ở nút giao Mễ Trì (đại lộ Thăng Long - Lê Quang Đạo), tiếp đến là ga S8 - Mễ Trì ở hầm chui đoạn Vincom Mega Mall Smart City.
Tại khu vực hầm chui vào Vinhomes Smart City là ga S9 - Tây Mỗ được bố trí trên cao để vượt đường sắt hiện hữu.
Nằm giữa Khu đô thị An Khánh và Bắc An Khánh là ga S10 - An Khánh 1 (đoạn nút giao Vành đai 3,5 - Đại lộ Thăng Long) và ga S11 - An Khánh 2 (đoạn gần đường Yên Lũng).
Ga S12 được thiết kế đặt ở khu vực đê Song Phương, đây là khu vực có tuyến Vành đai 4 đang được xây; ga S13 ở đoạn cầu vượt Sài Sơn; ga S14 sẽ nằm ở KCN Thạch Thất.
Tiếp đến là ga S15 Đồng Bụt sẽ được bố trí đối diện với Bệnh viện Nhi Trung ương cơ sở 2; ga S16 Đồng Trúc sẽ nằm ở khu vực cầu Vực Giang I.
Nằm ở phía đông và tây nút giao Hòa Lạc lần lượt là ga S17 - Đồng Bãi được bố trí trên cao và S18 - Tiến Xuân; tiếp đến là ga S19 - Trại Mới ở khu vực cổng số 3 Đại học Quốc gia Hà Nội tại Hòa Lạc. Cuối cùng, tuyến sẽ kết thúc tại ga S20 - Thạch Bình ở đoạn Trung tâm Đào tạo và Sát hạch Lái xe Hùng Vương.