Theo UBND thành phố, phân khu đô thị sông Hồng có chiều dài 40km, trải dài từ cầu Hồng Hà đến cầu Mễ Sở. Cụ thể, dự án thuộc địa giới hành chính của 55 phường, xã thuộc 13 quận, huyện gồm: Hoàn Kiếm, Ba Đình, Tây Hồ, Bắc Từ Liêm, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, Long Biên, Đan Phượng, Mê Linh, Đông Anh, Gia Lâm, Thường Tín và Thanh Trì.
Theo quyết định của UBND TP Hà Nội, phân khu quy hoạch có diện tích gần 11.000ha, trong đó sông Hồng chiếm 3.600ha (33%), đất bãi sông trên 5.400ha (50%).
Phần diện tích còn lại là khu vực đã xây dựng gồm các khu làng xóm có lịch sử hình thành và phát triển lâu đời như xã Bát Tràng, Văn Khê, Tráng Việt; các khu phố ngoài đê như Quảng An, Tứ Liên, Yên Phụ, Phúc Xá...
Từ cầu Hồng Hà tới cầu Thăng Long được quy hoạch khu vực phát triển không gian sinh thái, bảo tồn tính tự nhiên trên cơ sở các làng xóm ven đô dần đô thị hóa và đất bãi, đất nông nghiệp (trồng rau, hoa màu, cây cảnh...) của Mê Linh, Đông Anh, Đan Phượng, Bắc Từ Liêm. Khu vực này được định hướng phát triển công viên chuyên đề với mô hình trang trại sinh thái và nông nghiệp đô thị phục vụ du lịch và các khu đa chức năng gắn với hoạt động thương mại, dịch vụ, vận chuyển (cụm cảng Chèm).
Đoạn từ cầu Thăng Long đến cầu Thanh Trì là khu vực trung tâm của phân khu đô thị sông Hồng. Phía Bắc gồm làng xóm đô thị hóa thuộc huyện Đông Anh, quận Long Biên và khu đất bãi được nghiên cứu xây dựng. Phía Nam thuộc các quận nội đô như Tây Hồ, Ba Đình, Hoàn Kiếm, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai. Khu vực này được định hướng đa chức năng, với các công trình công cộng văn hóa, thương mại dịch vụ và không gian cảnh quan thúc đẩy tiện nghi giải trí của đô thị ở khu bãi giữa, trục không gian lịch sử liên kết khu vực hồ Tây - Cổ Loa.
Từ cầu Thanh Trì đến cầu Mễ Sở là không gian sinh thái trọng tâm của phân khu đô thị sông Hồng, với các khu nông nghiệp trồng rau màu, cây cảnh, nuôi trồng thủy sản cùng làng nông nghiệp truyền thống và công trình di tích lịch sử. Khu vực này được định hướng bảo tồn và khôi phục các giá trị tự nhiên, văn hóa phục vụ du lịch và phát triển đa chức năng gắn với hoạt động thương mại, dịch vụ, vận chuyển (cảng Thanh Trì, Bát Tràng), làng nghề Bát Tràng.
6 bãi sông Hồng được nghiên cứu xây dựng mới với tỷ lệ 5% (khoảng 1.590 ha) gồm: Thượng Cát - Liên Mạc, Hoàng Mai - Thanh Trì, Chu Phan - Tráng Việt, Đông Dư - Bát Tràng, Kim Lan - Văn Đức. Riêng khu vực Tàm Xá - Xuân Canh được nghiên cứu xây dựng mới với tỷ lệ 15% (khoảng 408 ha).
Ngoài ra, còn có đất các công trình hạ tầng xã hội (công cộng, trường học), các công trình hạ tầng kỹ thuật...
Hà Nội dự báo, quy mô dân số tối đa tại khu vực này đến năm 2030 khoảng 300.000 người. Trong đó, dân số hiện có giữ lại cải tạo chỉnh trang là 215.000 người.
Phân khu đô thị sông Hồng có chức năng chính là không gian thoát lũ sông Hồng đoạn qua khu vực đô thị trung tâm. Khu vực này được xác định tại Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050.
Dự án quy hoạch trong không gian thoát lũ từ đê cấp 1 (tả ngạn) tới đê cấp đặc biệt (hữu ngạn) hiện có dựa trên nguyên tắc: Không nâng cao các tuyến đê bối hiện có, không xây dựng đê bối mới; không thu hẹp không gian thoát lũ, không đề xuất giải pháp đê mới trong đê cũ (không gian thoát lũ theo đê mới trong không gian thoát lũ theo đê cũ); không làm thay đổi mục tiêu và tiêu chuẩn phòng, chống lũ của hệ thống sông.