Трасса магистрали проходит в основном в гористой местности, в том числе через Становое нагорье, прорезая семь горных хребтов. Высшая точка пути — Муруринский перевал (1323 метра над уровнем моря); крутые уклоны при заходе на этот перевал требуют применения двойной тяги и ограничения веса поездов. На трассе дороги пробито десять тоннелей, среди них — самый протяжённый в России Северо-Муйский тоннель.

Трасса дороги пересекает 11 крупных рек, всего на ней построено 2230 больших и малых мостов. Магистраль проходит более чем через 200 железнодорожных станций и разъездов, более 60 городов и поселков.