西起于台南市汤德章纪念公园中山路段；东迄于台东县关山镇德高，与省道台9线于德高陆桥附近相接。主线全长203.982公里，并另有甲、乙两条支线。自市道178甲线终点，山上区、左镇区界向东开始进入山区后，台20线即成所谓“南横公路”。沿线越过新化丘陵、玉山山脉、中央山脉，横跨台南、高雄、台东等三县市，这使得台20线在交通部公路总局编制的公路系统当中，成为台湾最长的一条横贯省道公路。目前梅山口至天池路段（原台20线105.170K~130.200K）有条件通车，高雄市桃源区天池至台东县海端乡向阳路段（130.