国家大剧院歌剧院是国家大剧院内最宏伟的建筑，以华丽辉煌的金色为主色调。主要供大型歌剧、舞剧演出使用。
观众厅设有池座一层和楼座三层，共有观众席2398个。舞台采用“品”字形舞台形式，分别包括主舞台、左、右侧台和后舞台。乐池面积为120平方米，可容纳90人的三管编制乐队，也可升至观众席水平位置变成观众席。在乐池中，还特别为指挥设计了专用升降台，指挥可以以这种特别的方式出场、谢幕。
歌剧院在墙面上安装了弧形的金属网，声音可以透过去，而金属网后面的墙是多边形，这样就形成了视觉的弧形和听觉空间的多边形，做到了建筑声学和剧场美学的完美结合，使得混响时间达到了1.6秒的极佳效果。
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