國家大劇院中心建築為獨特的殼體造型。殼體表面由18398塊鈦金屬板和1226多塊超白玻璃巧妙拼接，營造出舞臺帷幕徐徐拉開的視覺效果。殼體周圍是面積達3.55萬平方米的人工湖及由大片綠植組成的文化休閒廣場，不僅美化了大劇院外部景觀，也體現了人與自然和諧共融的理念。
國家大劇院北入口與地鐵天安門西站相連在入口處設有售票廳，走過波光粼粼、夢幻仙境般的80米水下長廊，從橄欖廳乘扶梯而上便進入了大劇院內部的公共大廳，三個專業劇場展現于眼前：中間為歌劇院、東側為音樂廳、西側為戲劇場，三個劇場既相對獨立又可通過空中走廊相互連通。歌劇院2079席（不包括樂池），主要演出歌劇、舞劇等；音樂廳1859席（包括合唱區），用于演奏大型交響樂和民族樂；戲劇場957席（不包括樂池），以上演戲曲、話劇等為主。
在國家大劇院內，除了三大專業劇場和一個試驗小劇場以外，還設有水下長廊、展廳、橄欖廳、圖書資料中心、新聞發布廳、天臺活動區、紀念品店、咖啡廳等為豐富大眾文化生活而創造的活動區域，可謂展現大劇院無限魅力的“第五空間”。徜徉其中，將會感受藝術的陶冶，獲得精神上的愉悅。