刘家峡大桥桥梁宽度在同规模桥梁中比较窄，采用钢管混凝土结构作为悬索桥桥塔。刘家峡大桥桥塔造型及以桥塔为中心的景观设计具有浓厚的民族文化特点，这些独特的条件、独具匠心的设计和其它地形、地质等原因一起使本桥特色鲜明。
在设计成桥状态下，跨中理论垂度为48.7m，垂跨比约为1:11，主缆中心距15.6m，吊索标准间距8.0m。采用桁式加劲梁，正交异性板桥面，弦杆中心高4m，弦杆外缘间全宽16.122m；锚碇为三角框架式混凝土重力锚体，矩形、倒坡扩大基础；桥塔采用钢管混凝门式框架，塔柱为等壁厚圆形钢管混凝土截面，共设两道横梁；主缆采用预制平行钢丝股（PPWS），每根主缆为44股，每股含127根φ5.2mm镀锌高强钢丝，空隙率在索夹处取18%，索夹外取20%，相应主缆外径分别为429.3mm、434.6mm。大桥主缆拟采用预制索股法架设，其基本程序是利用拖拽法牵引导索过河，再用引渡索引过桥塔，架设牵引索和猫道，利用猫道上的滚轮拖拉全部预制索股就位。
刘家峡大桥桥面较窄，为增加耐久性和降低造价，采用钢桥面板，为解决山区桥梁加劲梁运输问题，加劲梁采用钢桁梁，桥梁较轻，抗风问题非常突出；由于大多重要受力构件均为钢结构，需对钢结构疲劳进行研究；本桥位于刘家峡库区，水位变幅较大，岸坡陡峻，需对桥址岩体特性及岸坡稳定性进行专题研究；由于两岸覆盖层厚度和岸坡坡度不同，通过局部场地效应分析，两岸地震动参数不同，需要对非一致激励下桥梁地震反应进行研究，并研究粘滞阻尼器和风扣的不同参数对桁式加劲梁悬索桥抗震性能的影响，以确定合理的抗震体系，并对钢管混凝土桥塔抗震性能进行较为深入的研究。该桥技术特色和主要技术突破如下：
1、通过地质调绘、地质勘探（深水钻探、桥塔处深孔、水位变动区和锚碇处平硐）、原位和室内试验、水库塌岸预测等掌握桥址处岩体力学参数和工程地质环境条件。为锚碇、桥塔基础设计提供依据，使桥塔及锚锭位于稳定边坡线以内，确保大桥安全。深水钻探时最大水深达40余米。
2、分自然状态和考虑荷载作用下两种大的工况，分别采用强度理论、变形理论对边坡稳定性进行了综合评价，提升了边坡稳定分析的手段和技术。
3、进行了大桥非线性地震响应时程分析，确定了适宜于本桥的粘滞阻尼器参数，同时研究设置风扣对桁式加劲梁悬索桥抗震性能的影响，就阻尼器设置的必要性进行分析论证。分析比较多点线性一致激励、多点非线性一致激励以及多点非一致激励下钢管混凝土桥塔、主缆和加劲梁等控制截面的内力和位移响应时程结果，可为强震区大型桥梁的设计提供借鉴。
4、建立4要素自动观测气象站，对桥址风速、风向进行研究，并利用桥址附近10个地面观测站的历史观测资料，进行了数值风洞计算。为甘肃首次为桥梁建设设置气象站，并首次结合桥位气象站实测和“虚拟气象站”法，形成合理的桥址风流场研究方法。
5、采用水平翼板 下中央稳定板 车行道栏杆局部封闭改变风场，提高桥梁颤振稳定性。
6、由于桥塔、主缆系统、桥面板、主桁均采用钢结构，对疲劳强度进行了专题研究，并结合本桥受力特点，对规范规定的主缆、吊索安全系数进行了调整。
7、采用伊斯兰民族建筑风格的钢管混凝土桥塔，以桥塔为中心进行了全桥景观设计，并在两岸设置了观景平台，桥梁美学在该桥设计中得到了充分的重视，增强了大桥的社会效应。
8、钢管混凝土桥塔为世界上较大直径的钢管混凝土结构，也为世界上将钢管混凝土结构作为悬索桥桥塔，对钢管与混凝土的粘结强度进行了专题分析，可为超大直径钢管混凝土结构设计提供借鉴。
9、加劲梁主桁、横联采用新型焊接整体节点，除主桁弦杆采用焊接箱形杆件外，其余杆件均采用标准热轧H形型钢，减少了加工制造量并提高了质量，符合国内外桁梁设计新思路。
10、气动翼板采用航空专用材料PPS板，缆索锚固系统拉杆采用35GrMnGiA、高强螺栓采用35VB、厚钢板采用Z向性能钢材等，全桥共计使用数十种新型、优质材料，使新型材料得到了集中的应用和展示。
