随处可见各种几何图形:观众入口大厅的圆形天顶，镶嵌了一块正方形“人造繁星板”；整个主建筑采用“圆筒”这一建筑中并不多见的形式，一个个看似简单的圆筒，却有着奇妙变化和联系。它们有勾连、有交错，构成入口大厅、观众休息厅、半室外剧院、屋顶舞台等多样性的功能空间……除了几何图形，深谙建筑与水、风、光等元素结合的安藤忠雄，将自然景观纳入大剧院的整体建筑中。以贵宾区域一角为例，落地窗外即是一片开阔清亮的湖景；而在内里，安藤特别设计了一处正方形内庭，清水池、四边混凝土、自然天光，构成自然、建筑、艺术、人文等彼此和谐相容、自在对话的艺术交流空间。

除了两个专业剧场外，上海保利大剧院还在一层和顶层设置了“水上舞台”、“屋顶剧院”两个半室外剧场；另外，剧院建筑中还有一些面积较大的半室外广场，意在打造一个“不关门的剧场”。孙健告诉记者，这些空间都是由室内空间自然伸展而成，未来，将与室外的远香湖景观形成过渡自然的连接，“整个水上舞台，将与湖面连接，远远看过去，上海保利大剧院身处水景中，因此，它也将是上海首座‘水景剧院’”。