工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长 333 米 、东西宽 298 米，高 68 米 。主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式 “鸟巢 ” 结构 , 钢结构总用钢量为 4点2 万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的
