Nhà hát Lớn Hà Nội được thiết kế bởi hai kiến trúc sư người Pháp là Harlay và Broyer. Công trình mô phỏng theo hình dáng nhà hát Opera Garnier nổi tiếng ở Paris. Nhà hát xây dựng 10 năm thì hoàn thành, trở thành công trình có quy mô nhất thời đó.
Quá trình xây dựng nhà hát gặp nhiều khó khăn, bởi vì vùng đất nền là vũng lầy nên khó san lấp. Công trình cần khoảng 300 công nhân thi công mỗi ngày. Để có nền móng kiên cố và vững chắc, các thợ lành nghề phải nghĩ ra một cách là dùng 35.000 cây cọc tre đóng xuống trước khi đổ bê tông dày 0,9m.
Phần móng của công trình được xây bằng đá tảng, khu vực sân khấu sử dụng gạch có khả năng chịu lửa để đề phòng hỏa hoạn. Phần mái của nhà hát được lợp bằng phiến thạch, trang trí kẽm thiếp vàng, đường vòng quanh mái trang trí gạch tráng men. Ngày nay ghé thăm nhà hát, du khách sẽ được chiêm ngưỡng những nét trang trí đặc sắc này.
Sảnh chính là nơi đầu tiên đưa du khách vào nhà hát, ở đây có một cầu thang hình chữ T nổi bật. Phía trên cầu thang có các đèn chùm nhỏ được mạ vàng, mạ đồng theo lối cổ điển. Du khách có thể đi theo cầu thang này để lên phòng khánh tiết ở tầng 2.
Phòng khánh tiết là nơi diễn ra các lễ nghi quan trọng, lễ ký kết của Chính phủ hoặc đón tiếp các nhân vật cấp cao. Ngoài ra, phòng này còn dành cho các chương trình nghệ thuật thính phòng, họp báo hoặc hội nghi có quy mô vừa.
Bên trong nhà hát có một khán phòng lớn với diện tích là 24x24, có ba tầng, chứa được hơn 500 người. Phía sau nhà hát còn có phòng quản trị, 18 buồng cho diễn viên hóa trang, 2 phòng tập hát, thư viện và phòng họp.
Phía trước nhà hát có một hành lang dài và rộng, là nơi trưng bày hình ảnh các sự kiện diễn ra trước Quảng trường Cách mạng tháng Tám. Ngoài ra, nhà hát còn có các khu trưng bày hiện vật liên quan đến Nhà hát Lớn Hà Nội.
Ngày nay, Nhà hát Lớn Hà Nội là địa điểm du lịch đẹp ở Hà Nội được nhiều người yêu thích.
Với lịch sử lâu đời cùng kiến trúc Pháp cổ tuyệt đẹp, Nhà hát Lớn Hà Nội cùng Quảng trường Cách mạng tháng Tám đã được Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch công nhận là di tích lịch sử và kiến trúc quốc gia.
