广州歌剧院位于广州市新城区－珠江新城J4地块，临近珠江，它的东侧是建设中的广州图书馆和广东省博物馆；北面是已建成的广州市第二少年宫；南面依次是珠江、江中的海心沙广场及珠江南岸的广州新电视塔；广州歌剧院与广东省博物馆，广州市第二少年宫，广州图书馆共同构成了广州市新中轴线上的“四大公共建筑”。 
    广州歌剧院外观独特，造型设计为“被江水冲刷形成的圆润双砾”, 一大一小一黑一白的两块齐石安然坐落于珠江江畔。大小石头分别采用冰花蓝和海萨白麻两种天然花岗岩石材作为墙面材料，色彩清晰又不过于凝重。几条自由形态的玻璃带沿大小石头表面环绕，切割，形成与主体和谐的开窗形式。为了表现设计的独特风格，使用了大范围的饰面混凝土，并采用了空中曲面***、异种钢焊接、斜墙、斜柱、大跨度（36m）预应力梁、全焊接、建筑节点等高难度技术，难度系数高于***大剧院，施工工艺及质量控制实属***罕有。
   广州歌剧院大剧场外围护钢结构采用三向斜交网壳结构，钢结构部分中采用了铸钢节点，各铸钢节点形状各异，造型新颖独特，空间三维形状极为复杂，***大单一铸钢节点重达39吨，目前，我国还没有一套成熟的有关铸钢节点的设计方法、加工工艺及验收标准，对那些受力大、构造复杂的铸钢节点，本项目在其铸造、焊接、检测、吊装、空间***测量中都摸索出了一系列新技术和工艺。
    广州歌剧院的建筑物外表面为一个三维空间多面体，外围以石材幕墙及玻璃幕墙包裹，面积达3万多平方米。多功能剧场分为38个面和54条转角、26个角部，大剧场分为65个面和100条转角、43个角部。外帷幕石材面积数量特大，约为24000㎡，每块石材25mm厚，约有75000块。
    部分室内吊顶采用2㎜厚冲孔铝板和10㎜厚蜂窝铝板。玻璃的规格分别为12+16A+8+1.52PVB+8mm和8+1.14PVB +8+16A +12mm。本工程屋面防水板采用了铝原色铝镁锰板，在墙面、转角及尖角部分采用聚氨酯发泡保温+EPDM防水卷材。玻璃幕墙总面积约6800㎡，采用low－e节能玻璃，共约5100块，每块玻璃规格大小不一。该种玻璃为双层结构，以惰性气体填充玻璃层中，质量比一般玻璃重。
    广州歌剧院的屋面异常复杂，共有103个面，且没有一个面是相同的，综合考虑采用了适合不规则屋面的虹吸排水系统。其中雨水斗采用两种方式布点：一种是虹吸雨水斗在天沟里均匀布置（天沟在同一水平面上）；另一种是雨水斗在天沟的腰部和***低点布置（天沟有坡度）。