歌剧院是国家大剧院内最宏伟的建筑，以华丽辉煌的金色为主色调。主要上演歌剧、舞剧、芭蕾舞及大型文艺演出。歌剧院观众厅设有池座一层和楼座三层，共有观众席2207个（含站席）。歌剧院有具备推、拉、升、降、转功能的先进舞台，可倾斜的芭蕾舞台板，可容纳三管乐队的升降乐池。
音乐厅风格清新、高雅，适于演奏大型交响乐、民族乐，并可举办各种音乐会，有1859个席位（含站席）。音乐厅内拥有国内最大的管风琴，能满足各种不同流派作品演出的需要。此外数码墙、极具现代美感的抽象浮雕天花板、GRC墙面、龟背反声板等设计能令声音均匀、柔和地扩散反射，使音乐厅实现了建筑美学和声学美学的结合。
戏剧场是中国国家大剧院最具民族特色的剧场，以中国红为主色调。主要上演话剧、歌剧、地方戏曲等演出。戏剧场观众厅设有池座一层和楼座三层，共有1036个席位（含站席）。戏剧场舞台拥有先进的舞台机械设备，可以把独特的创作变成表演的现实。其独特的伸出式台唇设计，非常符合中国传统戏剧表演的特点。
小剧场是中国国家大剧院最具多样性可能的多功能剧场，整体色调清新、风格典雅，可以适应室内乐、小型独奏独唱、小剧场话剧、小剧场歌剧、现代舞等多种艺术门类的演出。小剧场观众席共设有19排，469个席位（含活动座椅）。小剧场于2009年9月落成，2009年10月正式启用。它的落成启用不仅进一步扩充了中国国家大剧院表演艺术功能，也使得北京现有小剧场群落的演出功能更加丰富。
在国家大剧院这座辉煌壮丽的建筑内，除却三大专业剧场和一个多功能小剧场，还有大量的公共空间。不管是精巧独到的建筑设计、带有浓郁艺术特色的空间陈设，还是主题丰富的艺术展览、形式多样的小型艺术表演。
经由国家大剧院北门主入口进入大剧院的内部主体建筑，首先需通过位于人工湖下方的北水下长廊。这条水下长廊长约80米，宽约24米，顶部采用玻璃天棚搭建而成。白天，上方湖水波光粼粼，层层涟漪在太阳的照耀下，透过玻璃质地的天花板投影下来，与两侧青石板墙壁上疏密有致的气泡状小孔相映成趣，游客犹如置身于艺术海洋一般。夜晚，在两列玲珑剔透的玻璃灯柱的一路指引下，观众逐渐远离入口处的喧闹，前方散发着神秘气息的金色铜门后一场好戏即将开场，一次浪漫惬意的旅程就要起航。北水下长廊东西两侧设有艺术展厅，常年举办各类艺术展览。
公共大厅拥有国内跨度最大的穹顶。穹顶距地面46米，由无数根巴西红木拼装而成，其间以金属条分割为若干个区域。每条红木的色彩深浅有别，每个区域的拼贴走向各不相同，充满变化和层次，放眼望去，仿佛在苍穹之上画出了一道道韵律感十足的弧线。整个穹顶充溢着灵动、跳跃的神采，置身其间犹如进入了乐器内部的音乐世界。
国家大剧院纪念品店专营由大剧院自主设计的各类纪念品。每一件商品都经过特别设计，融入了大剧院建筑符号、表演艺术特色或原创剧目经典形象，在追求高品质的同时凸显出大剧院的独创性与艺术性。
艺术精品长廊位于国家大剧院一层公共大厅东侧，南北贯穿音乐厅一层外侧。作为国家大剧院文化创意产业的重要组成部分，艺术精品长廊包括国家大剧院纪念品店、国家大剧院音像视听中心、国家大剧院戏剧商店、天天艺术书店及法蓝瓷艺术瓷器店。五个店铺表现了国家大剧院的大气庄重，传统内敛，现代简约和优雅经典。
位于一层公共大厅东侧，国家大剧院纪念品商店以南，是一家专营艺术类书籍的连锁书店。店内销售有声乐类、钢琴类、管弦乐器类、民乐类、舞蹈类、戏剧类、乐理类、人物传记类、史学类、理论类等种类详尽的图书音像产品。
法蓝瓷艺术瓷器店位于一层公共大厅，艺术精品长廊最南端，与音乐厅入口处相邻，主营戏剧场景瓷器。这些立体造型的瓷器题材都源自大剧院上演的剧目，融合了浮雕与雕塑，色彩鲜艳丰富，生动再现了舞台上的精彩瞬间。
国家大剧院戏剧商店位于一层公共大厅东侧，与法蓝瓷艺术瓷器店相邻，专营与中国传统戏曲、民间工艺相关的特色产品。戏剧商店以弘扬中国传统戏曲与民间工艺为宗旨，希望顾客通过这些产品，更多地了解中国戏曲、走近戏曲。
位于北水下廊道两侧的东西展厅、歌剧院五层的现代艺术馆、歌剧院一层南侧的艺术沙龙展厅和各个剧场环廊，共同构成了国家大剧院独特的艺术展览空间。
中国国家大剧院艺术展览定位于“以表演艺术为核心，符合国家大剧院的品牌形象与艺术品位，形成差异化展览特色，为艺术普及、观众培育提供优质服务”。围绕这个核心定位，展览严把质量关，坚持“高品位、高水准、高雅艺术”的“三高”标准。艺术展览不仅是国家大剧院“大众心目中的艺术殿堂”的主要体现，也成为了剧院对外展示的重要窗口。
中国国家大剧院外部为钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米，比人民大会堂略低3.32米，基础最深部分达到-32.5米，有10层楼那么高。大剧院壳体由18000多块钛金属板拼接而成，面积超过30000平方米，18000多块钛金属板中，只有4块形状完全一样。钛金属板经过特殊氧化处理，其表面金属光泽极具质感，且15年不变颜色。中部为渐开式玻璃幕墙，由1200多块超白玻璃巧妙拼接而成。椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达3.55万平方米，各种通道和入口都设在水面下。行人需从一条80米长的水下通道进入演出大厅。
大剧院所处的位置在长安街南侧，在北京的核心地带。按照北京的整体规划的要求，大剧院的高度不可以超过人民大会堂的高度即46米，但是大剧院的功能要求在46米的空间里头肯定是装载不下的，所以就只能向地下发展。大剧院地下深度有10层楼那么高，有60%的建筑面积都在地下，是北京地区公共建筑最深的地下工程，最深的地方是-32.5米，这个位置在歌剧院的舞台正下方。大剧院地下17米处，是北京永定河的古河道。
国家大剧院造型新颖、前卫，构思独特，是传统与现代、浪漫与现实的结合。大剧院庞大的椭圆外形在长安街上显得像个“天外来客”，与周遭环境的冲突让它显得十分抢眼。这座“城市中的剧院、剧院中的城市”以一颗献给新世纪的超越想象的“湖中明珠”的奇异姿态出现。国家大剧院要表达的是内在的活力，是在外部宁静笼罩下的内部生机。一个简单的“蛋壳”，里面孕育着生命，大剧院代表了一个时代的结束与另一个新的时代的开始。
世界最大穹顶：整个壳体钢结构重达6475吨，东西向长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。
北京最深建筑：大剧院地下最深处为-32.5米，相当于往地下挖了10层楼的深度，成为北京最深的建筑。
亚洲最大管风琴：音乐厅内的管风琴共有6500根发音管，是亚洲最大的管风琴，造价达3000万元。
公交线路
天安门西站：1路、5路（南长街站亦可）、10路（石碑胡同站亦可）、22路（石碑胡同站亦可）、37路、52路、728路、802路、205路（夜）。
北京供电局站：特2路（前门西站下车亦可）、9路（前门西站下车亦可）、646路、209路（夜）。
前门西站：特2路（北京供电局站下车亦可）、特4路、特7路、9路（北京供电局站下车亦可）、44路、67路、301路、337路、673路、808路、901路、212路（夜）。
地铁线路
一号线：乘坐地铁一号线至天安门西站下车，经C出口出站，自国家大剧院通道直通剧院。
二号线：乘坐地铁二号线至和平门站下车，经B出口至地面；或至前门站下车，经C出口至地面。步行至国家大剧院北门。
西餐厅
西餐厅坐落于国家大剧院戏剧场四层，集美食精髓、典雅格调及璀璨剧院美景于一身。在这里，您可以品尝到纯正地道的意大利佳肴、独特风味的东南亚美食；在这里，星级大厨特别设计的多款精选套餐，配合着剧院穹顶的多彩与浪漫；在这里，您可以在同一空间享受美食与艺术的馨香，诱发余韵悠长的幸福滋味。
咖啡厅
咖啡厅位于国家大剧院一层公共大厅东西两侧。宽敞开阔的空间，流线型的空间设计，温暖柔和的灯光，浓郁的咖啡香气，让每一位经过这里的人不由放慢脚步，享受这份难得的悠闲惬意。这里不仅为络绎不绝的参观旅游者提供休憩场所，更为演出观众提供了中场休息时的绝佳去处。在演出中场享受一杯醇香咖啡，让对舞台的期待被咖啡之浓香所环绕；演出结束后品尝一款色彩缤纷的冰激凌，让荡气回肠的剧情在甜蜜中被细细回味。
1958年，毛泽东主席和党中央决定为迎接建国十周年大庆在首都北京建一批大型公共建筑，中国国家大剧院作为国庆十周年十大建筑之一获得党中央批准立项。周恩来总理确定了建设地点、审定了设计方案。
1997年10月，中央政治局委托北京市筹建中国国家大剧院。
1998年1月，中国国家大剧院建设领导小组成立。组建了由北京市牵头，文化部、建设部参加的中国国家大剧院工程业主委员会，并确定建筑设计方案以邀请方式为主进行国际招标。
1998年4月，国务院发出《国务院批转国家发展计划委员会关于建设国家大剧院有关问题请示的通知》，批准国家大剧院工程立项建设。当月13日开始了建筑设计方案的国际邀请竞赛。
1998年8月，在中国革命历史博物馆展出了第一轮设计方案的模型。专家委员会由11位评委组成，其中8名中国人、3名外国人。
1999年7月22日，中共中央政治局常委会讨论同意了中国国家大剧院建筑设计方案，采用法国巴黎机场公司设计师保罗·安德鲁设计的、清华大学配合的圆形设计方案。
2000年2月，通过全国招标确定北京城建、香港建设、上海建工联合体为国家大剧院工程施工总承包单位。北京市双圆监理公司中标为工程监理单位。
2001年12月13日，中国国家大剧院工程正式开工建设。
2003年12月2日，中国国家大剧院壳体钢结构安装完成。整个壳体钢结构的吊装仅用了76个工作日，创造了巨型壳体钢结构安装的“中国速度”。
2007年9月，中国国家大剧院宣布工程基本完工。
2007年9月，中国国家大剧院进行试演，中国国家芭蕾舞团的《天鹅湖》，兰州歌舞团的《大敦煌梦》，以及北京人民艺术剧院的《茶馆》于9月25日至10月13日举行七场演出。
2007年12月22日，中国国家大剧院进行正式演出。
中国国家大剧院是一个伟大的剧院，它拥有伟大的乐团、合唱团和制作团队，我相信观众在国家大剧院看完《阿依达》后，再去世界任何一个剧院看《阿依达》都会觉得失望。（指挥家祖宾·梅塔评）
在欧洲很多历史悠久的剧院，对于导演在创作上的想法和要求，院方常常显得麻木，他们会说：“ 哦，知道了。”然后再无下文。但在国家大剧院，导演的想法会得到不遗余力的配合，大家会为一个好的艺术构思兴奋不已、全力以赴，这里工作人员的热情和谦逊让我感动。（《阿依达》导演弗朗切斯科·米凯利评）
2008年12月19日，中国国家大剧院获“鲁班奖” 。
2009年10月28日，中国国家大剧院入选新中国成立60周年“百项经典暨精品工程”。
