广州大剧院建筑结构采用的是“铸钢结构”，外立面为三向斜交折板式网壳，由5000多块玻璃和75000块石材组成，大小相同而形状各异。
歌剧厅
广州大剧院歌剧厅共设1804个坐席，包括1687个座席、117个乐池坐席，三层观众席呈“双手环抱形”，“满天星”天花板，歌剧厅内拥有不对称的构造、流线型的墙体和特殊的凹槽，便于音响效果的发挥。
歌剧厅采用国际上常用的“品”字形舞台的工艺布置形式，分为主舞台、左、右侧舞台和后舞台四个部分。整个舞台轴线宽74米，轴线深度46米，台口宽18米，高12米。
广州大剧院剧院歌剧厅舞台灯光系统主要包括：灯光控制系统、网络传输系统、灯具系统、调光系统、管线辅材等部分，扩声系统主扩声系统、辅助扩声系统、舞台及控制室监听系统、观众厅及舞台内效果声系统。
实验剧场
广州大剧院实验剧场是内设443个座位（其中包括2楼对称分布的44个座位）的小型剧场。实验剧场建筑平面为矩形，内部宽18米，长26米。实验剧场可满足会议厅、尽端式舞台、伸出式舞台、中心式舞台、T型台等多种演出形式的需要。

实验剧场内部可由舞台机械实现舞台和观众厅形式的改变，台下设置了两种形式的升降台，可短时间内改变舞台形式。所有座椅固定在气垫台车上，可以随着舞台形式的变换改变观众座椅的排布方式。
广州大剧院当代美术馆，为广州大剧院与广东美术馆合作打造的跨界多元艺术展馆。

芭蕾舞排练厅
广州大剧院共有3个排练厅，分别是歌剧排练厅、芭蕾舞排练厅和交响乐排练厅，总面积超过1100平方米。其中，芭蕾舞排练厅是广州大剧院少儿芭蕾舞团授课场地。 
5G智慧剧院

9月25日，广州大剧院携手华为共同打造的“5G智慧剧院”发布，将线下与线上相结合，打造新的艺术形式。“5G智慧剧院”是艺术与科技的结合，给线上观众带来沉浸式的现场体验和视觉盛宴，让艺术触手可及。
“‘5G智慧剧院’可以让艺术传播范围和受众获得指数级的增长。优质内容创作及生产成本高，线上线下协同可以延长内容的生命周期，让优秀的舞台艺术作品被更多人看到，为人们提供更丰富的艺术内容与体验。