Die vierspurig ausgebaute Straße beginnt im Stadtbezirk Untergiesing-Harlaching am Mittleren Ring in geradliniger Fortsetzung der hier nahezu rechtwinklig abknickenden Tegernseer Landstraße. Am Fußballstadion vorbei verläuft sie auf dem östlichen Hochufer der Isar in südsüdwestlicher Richtung parallel zum Fluss bis zum Theodolindenplatz, wo der Hauptverkehr Richtung Grünwald von der Geiselgasteigstraße aufgenommen, die geradlinige Fortsetzung der Grünwalder Straße aber von der Harthauser Straße gebildet wird, die durch die gleichnamige Villenkolonie zum Gutshof Menterschwaige (historisch: Harthausen) führt.
Verkehr
Durch die Grünwalder Straße führt auf eigenem Gleisbett in der Straßenmitte die Straßenbahnlinie 25 nach Grünwald, die von der Linie 15 verstärkt wird. Am Wettersteinplatz wird die Straße von der U-Bahn gekreuzt, die hier einen unterirdischen Bahnhof besitzt.