レインボーブリッジは、東京港第一航路をまたぐために、中央径間長570m以上、桁下クリアランス50m以上を確保する必要があり、加えて羽田空港の制限表面にかかるため構造物高さを東京湾平均海面 (T.P.)+150m以下としなければならない。一方で両岸は埋め立て地で標高が低く、道路・新交通システムの縦断勾配の制約がある。以上の諸条件を勘案し、加えて景観の条件を勘案した結果、航路部は吊橋とし、前後の高さを稼ぐための1kmを越えるアプローチ部（連続高架橋）とすることとなった。特に臨港道路・ゆりかもめの芝浦側アプローチはループ橋となっている。また、台場側のアプローチ部は水深約10mの海中に鋼管矢板基礎を打ち込み、そこから橋脚を立ち上げる工法を取っている。
吊り橋部は、幅員29m、中央径間570m、主塔の高さ126m。ただし、主塔は長大吊り橋に見られるようなトラス構造ではなく、ラーメン構造となっている。主塔の基礎と台場側のアンカレイジはニューマチックケーソン工法で建設され、海上に建てられている。