郑州段：郑西安客运专线线路走向基本是沿陇海铁路线南侧约8到10公里向西，初期正线从既有郑州站引出（由于初期引入既有郑州站，需要对郑州火车站进行适当改建，增加旅客列车到发线2条及1座站台。），利用既有陇海线至郑州西站西侧后建设新线开始折向西南，经153医院北跨四环路，再折向西南在郑州鹤立中专和庙王分别跨310国道和规划中原西路，于荥阳市豫龙镇槐西村南设新荥阳站，出站向西，过乔楼水库，经田咀南、北周村南，在草店北再跨310国道，绕过大峪沟煤矿和金龙煤矿采空区，沿巩义市南侧西行，在白河村第三次跨过310国道，在国家级文物保护单位永定陵和永熙陵之间通过，穿官庄，在芝田镇南设新巩义站。自新巩义站向西穿五七化工厂一边，经苏家庄向西在唐恭陵北约1公里处通过进入偃师市。洛阳段：郑西安客运专线进入偃师后，贴偃师市火电厂北面西行，在西棘针附近跨洛界高速公路并跨伊河，在明花洗涤剂厂南侧西行，跨焦柳线、龙门路，在洛宜支线南侧设洛阳南站；出站后在牡丹大道李屯公路桥下通过，上跨洛宜支线后西行，避开洛阳市在建电厂，跨西南环城高速公路和洛河，穿过于家营村至柳行村，进入丘陵区；沿义马采空区南侧向西，走石陵乡西沟水库上游到达盐镇。
西安段： 郑西客运专线由郑州枢纽配套工程、郑州至西安（新临潼）段以及西安枢纽配套工程三部分组成。西安枢纽配套工程包括：客运专线出新临潼车站西行，于货北环新筑站东上跨枢纽货运北环线（拟建）及灞河，抵西安市北郊、西铜高速公路西侧设西安北站，沿渭河南岸继续向西跨机场高 郑西客运专线速公路、渭河、咸铜铁路后接入陇海铁路咸阳西站，客运专线正线全长59.729公里。同时客运专线正线于新临潼站与西康线柳树村车站、陇海线窑村站间设联络线，利用陇海线既有窑村至西安段（增建三、四线）引入西安站，联络线长26.328公里。引入西安相关改扩建工程包括机务段改建、西安站（含北广场及站房）扩建及动车存车场等工程、西安动机车车辆基地，西安动车存车场至西安北动车基地走行线。设立新临潼、西安北车站。
宝鸡段： 这条铁路不到宝鸡，但考虑到该铁路对宝鸡未来发展的重大意义，铁道部决定增加郑西快速铁路客运专线宝鸡段，将专线向西延伸到宝鸡。近日，负责这条铁路设计工作的工程技术人员已抵达宝鸡，进行实地考察。据介绍，这条铁路只设5个站，即西安北、咸阳西、（新）杨凌、五丈原、（新）宝鸡，预计年底开工，2009年与郑西快速铁路客运专线同时完工。