Nhà hát lớn Sài Gòn là một đối trọng về mặt kiến trúc với Nhà hát lớn Hà Nội (cất năm 1911, kiến trúc theo mẫu Opéra Garnier tại Paris, 900 chỗ ngồi, kiến trúc sư Broger et Harloy). Nhà hát Sài Gòn giữ riêng nét đặc thù có một không hai. Tác giả của tòa kiến trúc này là các kiến trúc sư Félix Olivier, Ernest Guichard và Eugène Ferret xây dựng năm 1900 theo lối kiến trúc "flamboyant" của thời Đệ tam cộng hòa Pháp[2]. Cửa mặt tiền chịu ảnh hưởng nghệ thuật khá rõ nét của Petit Palais cất cùng năm tại Pháp. Thiết kế bên trong tân tiến với đầy đủ thiết bị cho âm thanh và ánh sáng. Ngoài tầng trệt còn 2 tầng lầu tổng cộng 1800 chỗ ngồi. Toàn bộ các mẫu trang trí, phù điêu mặt tiền và nội thất đều được một họa sĩ tên tuổi ở Pháp vẽ giống như mẫu của các nhà hát ở Pháp cuối thế kỷ 19 và gửi từ Pháp qua.

Tuy vậy, về phần trang trí ở mặt tiền nhà hát cũng có nhiều lời chỉ trích. Theo phong cách Đế quốc (sau được trang trí thêm theo phong cách Beaux Arts, rồi giản tiện hóa kiểu Art Deco), mặt tiền nhà hát được trang trí nhiều phù điêu và tượng đắp nổi (giống như Toà thị chính), nên bị chỉ trích là khá rườm rà và rối rắm. Vì vậy vào năm 1943, một số chi tiết trang trí này đã bị dỡ bỏ nhằm trẻ trung hóa phong cách kiến trúc. Vào năm 1998, nhân dịp kỷ niêm 300 thành lập Thành phố Hồ Chí Minh, chính quyền đương thời phục hồi chức năng cũ là nhà hát thành phố cũng như đã cho phục hồi một số trang trí như tượng 2 nữ thần nghệ thuật, các dây hoa, hai cây đèn... trong đợt cải tạo và nâng cấp nhà hát. Tổng kinh phí trùng tu phục chế vào khoảng 25 tỷ đồng thời giá bấy giờ.