Die Ausbau- und Neubaustrecke Karlsruhe–Basel erstreckt sich auf 182 Kilometer. Die Streckenkapazität soll durch die Realisierung des Projektes deutlich erhöht und die Reise- und Transportzeiten verkürzt werden. Außerdem soll die neue Strecke dazu dienen, die Verkehre zu entmischen. Die langsameren Güter- und Nahverkehrszüge sollen die beiden vorhandenen Gleise nutzen, der schnellere Fernverkehr und nächtliche Güterverkehr die beiden neuen Gleise.
Die Pläne der Deutschen Bahn sahen vor, die zwei zusätzlichen Gleise überwiegend parallel zur bestehenden Rheintalbahn verlaufen zu lassen. Eine Ausnahme bildete die Freiburger Bucht (zwischen Riegel und Heitersheim), hier sollen die neuen Gleise parallel zur Bundesautobahn A 5 gebaut werden.