Nhà hát Lớn Hà Nội tọa lạc trên Quảng trường Cách mạng Tháng Tám, ngay đầu phố Tràng Tiền, không xa hồ Hoàn Kiếm và Bảo tàng Lịch sử Việt Nam. Công trình được người Pháp khởi công xây dựng năm 1901 theo mẫu Nhà hát Opéra Garnier ở Paris nhưng mang tầm vóc nhỏ hơn và sử dụng các vật liệu phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam. Tác phẩm của hai kiến trúc sư Harlay và Broyer mang nhiều màu sắc, đường nét kiến trúc của các nhà hát ở miền Nam nước Pháp, có cách tổ chức mặt bằng, không gian biểu diễn, cầu thang, lối vào sảnh... giống với các nhà hát ở Châu Âu đầu thế kỷ XX. 

Sau 10 năm xây dựng, năm 1911, Nhà hát Lớn Hà Nội chính thức đi vào hoạt động. Từ đó đến nay, Nhà hát Lớn đã qua một lần trùng tu vào năm 1995 và hoàn thành vào năm 1997.

Hiện nay, Nhà hát Lớn Hà Nội vẫn giữ được nguyên kiến trúc phương Tây đặc trưng đã tồn tại và trải qua bao biến cố lịch sử cùng với Hà Nội cổ kính cũng như với đất nước Việt Nam. 

Công trình được xây dựng trên diện tích 2.600m2 với chiều dài 87m, rộng 30m và điểm cao nhất so với mặt đường là 34m. Nhà hát Lớn sử dụng tới 12.000 m³ vật liệu, gần 600 tấn gang thép, với khoảng 300 công nhân tham gia thi công mỗi ngày.

Không gian đầu tiên ngay lối vào là chính sảnh với một cầu thang hình chữ T bằng đá dẫn lên tầng hai. Là nơi đầu tiên đón khách tới nhà hát, sảnh được lát đá vân thạch kết hợp với những họa tiết trang trí theo kiểu cổ điển, đem lại cảm giác sang trọng, quý phái.

Phòng gương (phòng khánh tiết) dài 20,5m, rộng 19m. Đây 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 nhỏ. Sàn phòng gương được làm theo kỹ thuật Mozaic với đá mang đến từ Italia. 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. Phòng đã tiếp đón nhiều nguyên thủ quốc gia và các nhân vật có tầm ảnh hưởng lớn trên thế giới như: Tổng thống Nga V.Putin, cựu Tổng thống Mỹ Bill Clinton, Nhà Vua và Hoàng hậu Thuỵ Điển, Chủ tịch Microsoft Bill Gates...

Tại phòng khánh tiết còn có một tấm gương mang dấu tích của những ngày đầu Toàn quốc kháng chiến và Thủ đô Hà Nội với 60 ngày đêm lịch sử của mùa Đông năm 1946.

Nhà hát Lớn cũng là nơi sở hữu những bộ đèn chùm pha lê mang phong cách cổ điển Pháp.

Những chi tiết kiến trúc ở trong và ngoài Nhà hát Lớn rất độc đáo và tinh xảo.

Nhà hát Lớn có tổng cộng 598 ghế. Hằng ngày 8 nhân viên vệ sinh của Nhà hát Lớn phụ trách việc làm sạch ghế bằng cách dùng máy hút bụi và lau bằng nước sạch. Hai tháng một lần, những chiếc ghế này sẽ được giặt khô là hơi tại chỗ.