Das Tunnelbauwerk besteht aus einem nach unten offenen, 2-zelligen Rahmen in offener Bauweise. Im Regelquerschnitt beträgt die lichte Weite 22,50 bzw. 22,60 m. Die Einfahr- und Ausfahrstreifen für den Anschluss Stellingen addieren sich zu großen Querschnittsaufweitungen. Die lichte Weite variiert dann bis 24,10 m oder sogar 31 m. In beiden Röhren sind vier Fahrstreifen, ein Verflechtungsstreifen, Seitenstreifen und Notgehwege angeordnet. Damit ist auch eine Verkehrsführung im 6+0-Verkehr in einer Tunnelröhre möglich. Eine bestehende Überführung wird abgebrochen und die Straße über die Tunneldecke geführt. Infolge der sehr großen Spannweiten sowie der Nutzung wird die Tunneldecke in Spannbeton ausgebildet. Sowohl die Spannweiten als auch die Bauart mit vorgespannter Decke stellen in dem hier zu planendem Umfang ein Novum in Deutschland dar. Der Tunnel wird eingeschüttet und begrünt, die Überdeckung beträgt in der Regel 1,20 m. Für die Begrünung der Tunneldecke wurde seitens der Freien und Hansestadt Hamburg ein Gestaltungswettbewerb durchgeführt.

Für den Tunnel Stellingen ergibt sich aus der Risikoanalyse die Notwendigkeit zu einer erweiterten Ausstattung nach der RABT 06. Daher sind umfangreiche Maßnahmen zur Sicherheit und Kommunikation vorzusehen. Untersuchungen wie Brandszenarien und die Auswirkungen auf den Spannstahl werden ebenso untersucht, wie die Aufrechterhaltung des Verkehrs einer Tunnelröhre in Katastrophenszenarien.