按照规划，工程将分三期进行。
轨道交通13号线一期工程设北翟路车辆基地1座（与2号线共享），设控制中心1座（与11号线共享）和变电所1座（与11号线共享），轨道交通13号线一期西段（工程将于2012年年底首先开通）。
轨道交通13号线工程是上海市城市轨道交通路网规划中的一条纵贯中心城区的“西北——东南”轴向的直径线，也是轨道交通路网中的一条重要的主干线。
轨道交通13号线一期工程线路正线全长为全长16.4公里，起点为金运路站，经金沙江西路、金沙江路、长寿路、天目西路、恒丰路、大田路、石门路，到达一期工程终点南京西路站。线路途经上海市嘉定、普陀、闸北、静安4个行政管辖区。
轨道交通13号线一期工程共设14座车站，沿线与1、2、3、4、7、11、12号线及规划中的14、15、20、21共11条线、9座站换乘，其中三线换乘站3座，两线换乘站6座，全部为地下站，分别是金运路站、金沙江西路站、丰庄站、祁连山南站、真北路站、大渡河路站、金沙江路站（与3、4号线换乘）、隆德路站（与11号线换乘）、武宁路站、长寿路站（与7号线换乘）、江宁路站、汉中路站（与1号线、12号线换乘）、自然博物馆站、南京西路站（与2号线、12号线换乘）。
轨道交通13号线一期工程在2012年建成以后，将与同年建成的11号线北段二期和12号线一起，形成总共13条线、237座车站、总长500公里运营里程的上海轨道交通基本网络，每天可接纳近800万人次，占全市公交出行总量的40%以上，大大方便了市民的交通出行，从而使上海的轨道交通跨入世界先进行列。
二期由南京西路站延伸至张江路站，现阶段有消息指出计划于2015年左右开通。
三期串联了张江高科园区、张江大型居住区等客流集散点，其起点位于二期工程终点站华夏中路站，沿中科路向东，共设中科路、学林路、张江路三站，线路全长5.254公里，设三座地下车站。列车编组的初、近、远期都采用A型车6节编组，运营时间从5:00至23:00，共18小时。初期全日开行列车218对，近期全日开行252对，远期全日开行280对。计划2014年开工，2017年建成试通车，工程建设总工期约3.5年。