Nhà hát Lớn Hà Nội nằm trên quảng trường Cách mạng tháng Tám, nhìn thẳng ra phố Tràng Tiền, vị trí xưa nay vẫn là khu vực sầm uất bậc nhất của thành phố. Công trình có chiều dài 87 mét, bề ngang trung bình 30 mét, phần đỉnh mái cao nhất cao 34 mét so với nền đường, và diện tích xây dựng khoảng 2.600 mét vuông.[1] Bên phải nhà hát, khách sạn Hilton Opera nằm hơi uốn cong, cũng là một công trình do kiến trúc sư người Pháp thiết kế. Mang những đường nét cổ điển – như hàng cột cao, bộ mái Mansard... – khách sạn hiện đại Hilton Opera không những không phá vỡ không gian kiến trúc của quảng trường mà còn giúp tôn thêm vẻ đẹp của nhà hát.

Mặt bằng Nhà hát Lớn Hà Nội được chia thành ba phần tương đối rõ rệt. Không gian đầu tiên ngay lối vào là chính sảnh với một cầu thang hình chữ T bằng đá dẫn lên tầng hai. Đây là nơi đầu tiên đón khách tới nhà hát, gạch lát nền sử dụng loại đá vân thạch kết hợp với những họa tiết trang trí theo tinh thần cổ điển, đem lại cảm giác sang trọng. Hệ thống đèn chùm nhỏ treo trên tường được mạ đồng theo lối cổ, còn đèn chùm phía trên cao được mạ một lớp vàng bằng công nghệ hiện đại.[18] Ở tầng hai, phòng gương là nơi diễn ra các nghi lễ quan trọng, lễ ký kết các văn kiện của Chính phủ hay đón tiếp các nhân vật cao cấp. Căn phòng này còn dành cho các chương trình nghệ thuật thính phòng, các cuộc họp báo hay những hội nghị mang tính chất nhỏ.[18] Sàn phòng gương được phục chế theo kỹ thuật Mozaic với đá mang đến từ Ý. Trên tường, xen giữa các cửa đi mở rộng là những tấm gương lớn. Các đèn treo, đèn chùm pha lê cùng bàn ghế mang phong cách cổ điển Pháp.[18] Không gian tiếp theo của nhà hát là phòng khán giả kích thước 24 x 24 mét với sân khấu lớn, ba tầng ghế, tổng cộng 598 chỗ ngồi.[18] Căn phòng được trang trí cầu kỳ với những hàng cột thức Corinth đỡ một vòm tràn đầy màu sắc bởi những bức bích họa, xen kẽ những hình đắp nổi cùng một đèn chùm pha lê lớn dát vàng. Sàn phòng lát gạch và trải thảm, các ghế ngồi thiết kế theo phong cách cổ điển Pháp thế kỷ 19. Không gian nội thất nhà hát như một sự tổng hòa của các yếu tố ánh sáng, màu sắc và âm thanh. Cuối cùng, phía sau sân khấu là 18 phòng trang điểm dành cho diễn viên, 2 phòng tập, cùng các phòng làm việc, thư viện, phòng họp.[1]

Có thể tìm thấy ở bề ngoài của công trình nhiều phong cách kiến trúc khác nhau. Mặt chính nhà hát nổi bật nhờ hàng cột theo thức Ionic La Mã, phía trên nhấn bởi các mái chóp cong lợp ngói đá. Dường như những nguyên tắc kiến trúc Phục Hưng được nhấn mạnh phía mặt ngoài này. Tuy vậy, những đường cong uốn lượn của các ban công kết hợp với hình thức cuốn vòm phía trên lối vào lại làm nổi bật những yếu tố Baroque. Ở cả mặt bên lẫn mặt chính giữa, các trang trí cầu kỳ, các thanh đỡ uốn lượn, các cửa sổ hình chữ nhật hay cuốn vòm, tất cả đều giàu tính điêu khắc và mang nét Baroque nổi trội. Riêng phần mái đón lối vào cho người đi xe hơi ở hai mặt bên lại theo phong cách Art Nouveau. Ở phía trên nhà hát, hệ mái lợp ngói đá đen được tổ chức rất kỳ công với sự kết hợp của nhiều hình thức, đem lại cảm giác về tinh thần Tân cổ điển Pháp. Tất cả những hòa trộn này đưa đến ấn tượng về một công trình kiến trúc Tân cổ điển kiểu chiết trung với những giá trị không chỉ về mặt kiến trúc mà còn về nghệ thuật trang trí.

Bao quanh Nhà hát Lớn có nhiều điểm vui chơi giải trí như vườn hoa nhà hát lớn nằm chếch phía tây nam, quán cà phê Highlands Coffee ở hai khu vực sườn và tầng hầm (trước đó tầng hầm là quán Nineteen11, lấy theo tên năm khánh thành).[19] Khoảng sân trước mặt nhà hát lớn và đoạn vườn về phía nam nối với khách sạn Hilton là một địa điểm lý tưởng của các đôi cô dâu chú rể đến chụp ảnh đám cưới và kỷ niệm. Xa xa về phía đông bắc là viện bảo tàng cách mạng Việt Nam và Bảo tàng Lịch sử Việt Nam (Viện Viễn Đông Bác cổ ngày xưa). Phía bắc của quảng trường Cách mạng tháng Tám là một loạt các khu trung tâm thương mại, văn phòng cao cấp của các cơ quan quốc tế như đại sứ quán New Zealand, Câu lạc bộ Báo chí Hà Nội.