隨處可見各種幾何圖形:觀眾入口大廳的圓形天頂，鑲嵌了一塊正方形“人造繁星板”；整個主建筑采用“圓筒”這一建筑中并不多見的形式，一個個看似簡單的圓筒，卻有著奇妙變化和聯系。它們有勾連、有交錯，構成入口大廳、觀眾休息廳、半室外劇院、屋頂舞臺等多樣性的功能空間……除了幾何圖形，深諳建筑與水、風、光等元素結合的安藤忠雄，將自然景觀納入大劇院的整體建筑中。以貴賓區域一角為例，落地窗外即是一片開闊清亮的湖景；而在內里，安藤特別設計了一處正方形內庭，清水池、四邊混凝土、自然天光，構成自然、建筑、藝術、人文等彼此和諧相容、自在對話的藝術交流空間。
除了兩個專業劇場外，上海保利大劇院還在一層和頂層設置了“水上舞臺”、“屋頂劇院”兩個半室外劇場；另外，劇院建筑中還有一些面積較大的半室外廣場，意在打造一個“不關門的劇場”。孫健告訴記者，這些空間都是由室內空間自然伸展而成，未來，將與室外的遠香湖景觀形成過渡自然的連接，“整個水上舞臺，將與湖面連接，遠遠看過去，上海保利大劇院身處水景中，因此，它也將是上海首座‘水景劇院’”。
