国家大剧院主体建筑由外部围护结构和内部歌剧院、音乐厅、戏剧场和公共大厅及配套用房组成。外部围护结构为钢结构壳体，呈半椭球形，其东西长轴为212.20米，南北短轴为143.64米，建筑总高度为46.285米，地下最深处为-32.50米。椭球形屋面主要采用钛金属板，中部为渐开式玻璃幕墙。内部歌剧院主要演出歌剧、芭蕾、舞剧，有观众席2416席；音乐厅主要演出交响乐、民族乐、演唱会，有观众席2017席；戏剧场主要演出话剧、京剧、地方戏曲、民族歌舞，有观众席1040席。主体建筑外环绕人工湖，湖面面积达35500平方米，北侧主入口为80米长的水下长廊，南侧入口和其它通道也均设在水下。人工湖四周为大片绿地组成的文化休闲广场。歌剧院观众厅设2416席，墙面采用金色金属网装修，显示出歌剧院辉煌、华丽而现代的气势。歌剧院主要用来演出歌剧、舞剧、芭蕾，也可演出音乐舞蹈史诗等剧目。舞台采用“品”字形舞台形式，有主舞台、左、右侧台和后舞台。舞台具备升、降、推、拉、转五大功能，其中，主舞台又分为8个升降台，既可整体升降又可分别单独升降。 观众厅的建筑声学设计可以满足自然声演出要求，中频混响时间为1.5秒。 观众厅设有池座一层和楼座三层，其中第二层楼座中部为贵宾席。歌剧院设有6个单人化妆套间，6个单、双人化妆间，18个中化妆间，2个乐队指挥休息套间，6个乐队用大化妆间，8间练习琴房。