Theo quy hoạch, quận Thủ Đức có tổng diện tích 4.764,89 ha, quy mô dân số tối đa đến năm 2020 là 550.000 người. Có chức năng là thương mại dịch vụ - công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp - giáo dục - thể dục thể thao.

Cơ cấu sử dụng đất và các phân khu chức năng không thay đổi hướng ưu tiên phát triển so với quy hoạch chung xây dựng năm 1999 đã được phê duyệt, chỉ bổ sung thêm hoặc thay đổi cục bộ không gian đô thị:

Khu trung tâm hành chính: tiếp tục giữ tại phường Tam Phú nhưng thu hẹp quy mô diện tích. Các trung tâm phụ (phục vụ đơn vị ở) gồm thương mại dịch vụ bán lẻ, công viên tập trung và y tế được quy hoạch phân tán vào trong 5 khu ở.

Khu công nghiệp và cụm công nghiệp: khu công nghiệp tập trung tại phía Tây Bắc (Bình Chiểu) và Đông Bắc (Linh Trung) của quận; cụm công nghiệp địa phương tại phường Linh Xuân. Định hướng chuyển đổi khu công nghiệp phường Trường Thọ sang chức năng hỗn hợp ở, thương mại dịch vụ - vui chơi giải trí.

Khu giáo dục đào tạo: tập trung là Đại học Quốc gia (phường Linh Trung), kết hợp với mạng lưới các trường đại học khác hiện hữu sẽ được nâng cấp.

Khu công viên vui chơi giải trí: tập trung tại phường Tam Phú, kết hợp với hồ điều tiết và các loại hình thể dục thể thao bổ trợ cho khu liên hợp thể dục thể thao cấp thành phố tại Rạch Chiếc. Ngoài ra, bổ sung trục văn hóa - giải trí dọc đường Võ Văn Ngân.

Các tuyến giao thông đường bộ đối nội trên cơ sở các tuyến đường chính hiện hữu dự kiến nâng cấp, mở rộng (đường Kha Vạn Cân, đường Võ Văn Ngân, đường Tô Ngọc Vân, đường Linh Trung, đường Tô Vĩnh Diện, đường Nguyễn Chí Quốc,...) kết hợp với việc hình thành và phát triển thêm các tuyến đường chính trong địa bàn quận như đường Hồ Văn Tư nối dài, đường Tam Bình nối dài, đường dọc sông Sài Gòn, đường song hành Quốc lộ 13...

Thuộc khu vực cửa ngõ Đông Bắc của TP.HCM, quận Thủ Đức có phía Bắc giáp huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương; phía Đông giáp quận 9 qua Xa lộ Hà Nội, phía Nam giáp quận Bình Thạnh và quận 2 qua sông Sài Gòn; phía Tây giáp quận 12 và quận Bình Thạnh qua sông Sài Gòn.