Actuellement, l'A51 se compose de deux tronçons bien distincts.
Le tronçon sud, le plus important, relie Marseille à Gap en remontant la vallée de la Durance. De là, elle permet l'accès à Briançon et à Turin par le col du Montgenèvre. De Marseille à Sisteron, elle fait partie de l'itinéraire Grenoble - Aix-en-Provence par la N75. Elle peut également être empruntée jusqu'à Marseille, mais il existe un itinéraire plus performant et entièrement autoroutier par la vallée du Rhône.

Le tronçon nord, dans le prolongement de l'A480, relie Grenoble au Trièves. Il fait donc partie de l'itinéraire Grenoble-Marseille via Sisteron.

Tronçon sud:
L'A51 se débranche de l'A7 peu après Marseille et traverse un secteur semi-urbanisé au nord de la ville. Elle ne tarde pas d'arriver à Aix-en-Provence, où l'A51 s'interrompt pour laisser place à une voie express traversant la ville.
L'A51 reprend à la sortie d'Aix. Elle rejoint la vallée de la Durance pour la remonter jusq'aux environs de Gap. Elle passe à proximité du site de Cadarache, puis dessert Manosque. Sisteron est évité en passant en tunnel, sur l'autre rive, dans le pas de la Baume.
Le paysage se fait plus ouvert après Sisteron. L'A51 traverse des secteurs désertiques avant d'arriver à la Saulce, où elle se termine sur la N85.

Tronçon nord:
L'A51 débute au col du Fau (899m), sur la N75. Le début du parcours est à caractéristiques réduites. Elle contourne Monestier-de-Clermont par l'ouest, puis traverse successivement le viaduc, puis le tunnel de Sinard. Sa deuxième gallerie, en attendant la construction de la deuxième chaussée, sert de gallerie de service. L'A51 continue sa descente vers la vallée de la Gresse, avec le Vercors à gauche, l'Oisans à droite. Après Sinard, elle dévale sur le flanc droit de la vallée de la Gresse, passe sous une tranchée couverte sous le lieu-dit "le Serf", puis traverse le viaduc de Crozet, parralèlement au viaduc ferroviaire de la ligne Grenoble-Veynes. Ce viaduc est constitué de deux ouvrages parallèles en béton, en forme d'arcs. Immédiatement après, on trouve le péage de Vif, puis on traverse successivement le viaduc de la Rivoire, sur un vallon reliant la Gresse au Drac, puis le tunnel du Petit-Brion, modeste colline surplombant Vif.
L'A51 a maintenant retrouvée la plaine. Elle est entourée de montagnes: le Vercors à gauche, la Chartreuse en toile de fond, Belledonne, puis l'Oisans à droite. Elle traverse la Gresse, puis un modeste relief par le tunnel d'Uriol. Désormais dans un environnement plus bâti, elle se soude à l'A480 peu avant Grenoble pour continuer vers Lyon.

1952: ouverture du tronçon A7 - Cabriès (éch.2);
1970: ouverture de A8 - Aix-en-Provence;
1971: ouverture de Cabriès (éch.2) - A8;
1985: ouverure de Aix-en-Provence - Pertuis;
1986: ouverture de Pertuis - Manosque;
1989: ouverture de Manosque - Aubignosc (au sud de Sisteron);
1990: ouverture de Aubignosc - Sisteron-nord;
1999: ouverture de Sisteron-nord - la Saulce et de la Coynelle - Varces (A480);
2007: ouverture de Col du Fau - Coynelle.

Plusieurs projets existent pour relier les deux tronçons de l'A51. Les variantes, successivement mises sur le devant de la scène, puis enterrées, et ainsi de suite au gré des alternances politiques, se composent de:
- Un tracé entièrement autoroutier par l'est de Gap, mais comportant quelques tronçons à caractéristiques réduites. Idéal du point de vue de l'infrastructure, ce tracé ne fait pas l'unanimité, notamment en raison du faible trafic à y attendre comparé à son coût élevé;
- Un aménagement de la N75 à 2x2 voies. Moins onéreux, ce "bricolage" d'une infra déjà sinueuse et tantot à flancs de montagne, tantot en fond de vallée étroite, risque de donner un tracé très médiocre et plombe toute évolution de l'axe.

En tout état de cause, il ne faut pas s'attendre à voir l'A51 dépasser le col du Fau avant de longues années.

Un autre projet existe: celui d'une antenne autoroutière entre Chateau-Arnoux et Digne. Cette autoroute pourrait, à plus long terme, être prolongée jusqu'à Nice, mais rien n'est décidé.