Theo quyết định, Ủy viên hội đồng gồm lãnh đạo các Bộ: Giao thông Vận tải; Tài chính; Xây dựng; Tài nguyên và Môi trường; Công thương... Ngoài ra còn có đại diện Ngân hàng Nhà nước; Ủy ban quản lý vốn nhà nước tại doanh nghiệp và lãnh đạo 20 tỉnh, thành nơi tuyến đường sắt đi qua.
Trách nhiệm, quyền hạn của Hội đồng được thực hiện theo Nghị định 131 của Chính phủ hướng dẫn về dự án quan trọng quốc gia; có quyền yêu cầu chủ đầu tư và nhà thầu tư vấn cung cấp tài liệu liên quan trong quá trình thẩm định.
Kết luận thẩm định dự án quan trọng quốc gia của hội đồng trước khi trình Chính phủ phải được ít nhất 2/3 thành viên thông qua.
Hội đồng được thuê liên danh tư vấn trong và ngoài nước để bảo đảm độc lập, khách quan với tư vấn lập dự án; được sử dụng con dấu và tài khoản của Bộ Kế hoạch Đầu tư và giải thể sau khi hoàn thành công việc.
Theo quy trình, dự án đường sắt tốc độ cao phải trình Hội đồng thẩm định Nhà nước và các cấp có thẩm quyền xem xét trước khi Chính phủ báo cáo dự án với Quốc hội. Năm 2010, dự án đường sắt cao tốc trị giá 56 tỷ USD do Chính phủ trình đã không được Quốc hội thông qua.
