Quốc lộ 21 đoạn qua Hà Nội dài khoảng 32 km, phần lớn là đường nhỏ hẹp, không có dải phân cách. Toàn tuyến được đề xuất đầu tư có chiều dài gần 26 km, đi qua địa phận thị xã Sơn Tây, các huyện Thạch Thất, Quốc Oai, Chương Mỹ (thành phố Hà Nội) và huyện Lương Sơn (tỉnh Hòa Bình).
Đây đều là các khu vực nằm trong quy hoạch của ba đô thị vệ tinh Sơn Tây - Hòa Lạc - Xuân Mai. Nếu được thông qua thì dự án này sẽ được mở rộng mặt cắt ngang dự kiến lên 70-80 m, gấp 10 lần chiều rộng đường hiện nay.