Die Grümpentalbrücke überquert zwischen den Ortslagen Grümpen und Selsendorf das Tal der Grümpen in ca. 70 Meter Höhe. Die Talform ist geprägt durch flach ansteigende Talflanken und einen etwa 250 Meter breiten, ebenen Talraum.

Auf der Südseite ist dieser von dem natürlichen Flusslauf der Grümpen sowie begleitenden Gehölzen und auf der Nordseite von der Kreisstraße K 34 begrenzt. In nördlicher Richtung schließt sich ein kleineres Seitental an. In diesem verlaufen an der Nordflanke die Bundesstraße B 89 und die Eisenbahn der Strecke Eisfeld – Sonneberg in westöstlicher Richtung. Die NBS-Trasse ist in diesem Bereich mit einem Radius R = 6.640 Meter und sich anschließenden Übergangsbögen trassiert. Die Strecke steigt im Verlauf der Grümpentalbrücke mit einer Längsneigung von 12,5 % von Süden nach Norden an.

Der 270 Meter gespannte Bogen betont den topographi­schen Zusammenhang der Talflanken und nimmt die Gestaltungselemente der auf der Neubaustrecke geplan­ten Talbrücken auf.

Nach der Herstellung des Bogens, der Widerlager und der Brückenpfeiler entstand der Brückenüberbau mit einem von Pfeiler zu Pfeiler verfahrbaren Vorschubgerüst – ohne Be­einträchtigung des Talgrundes. Die Herstellung des Bogens erfolgte auf Hilfspfeilern die gesprengt wurden. Die Grüm­pentalbrücke ist zusammen mit der benachbarten Talbrücke Froschgrundsee die am weitesten gespannte Eisenbahn­ Betonbogenbrücke Europas.