길이 1,620m, 너비 9.6m(2차선)의 터널이다. 1969년 5월 14일부터 1970년 12월 4일에 걸쳐 총공사비 18억 1500만원을 투입하여 시공되었다. 터널의 단면은 차선너비 7.2m, 노견너비 0.5m, 높이 4.5m로 구성되었으며, 수직측벽에 반단면원호아치를 연결한 형상을 이루고 있다.
방수처리를 위한 라이닝의 두께는 500mm로 하였으며 포장의 횡단구배는 1.5%로 하였다. 1976년도에 1차보수를 실시하였고, 이후 지속적인 보수보강을 실시하여 도로면에서부터 3.0m 높이까지의 수직측벽에 타일보수를 실시하고, 조명 및 소화시설을 개선한 바 있다.
서울시는 현재 1999년 2월 부터 남산2호터널에 대하여 심한 노후로 인한 전면적인 보수 작업을 시행중이다. 보수공사는 터널 내부의 기존 라이닝 콘크리트를 철거하고 다시 시공하며, 터널 내부의 환기와 조명 시설 등 기계설비의 개량공사를 실시하며 2001년 5월까지 완료를 목표로 하고 있다.