Tác giả đồ án thiết kế là hai kiến trúc sư Harlay và Broyer. Bản thiết kế này phải sửa đổi nhiều bởi sự góp ý của nhiều kiến trúc sư. Công trình khởi công vào ngày 7 tháng 6 năm 1901, dưới sự giám sát của thanh tra đô thị - kiến trúc sư Harlay. Phụ trách thi công là hai ông Travary và Savelon. Công trình chiếm diện tích 2600m2, chiều dài công trình là 87m, chiều rộng là 30m, điểm cao nhất của công trình so với mặt đường là 34m. Tác giả thiết kế đã tìm tòi tham khảo kiểu kiến trúc cổ Hy Lạp Coranhtơ kết hợp với kiểu lâu đài Tuylory và nhà hát Opera Paris để tạo nên một khối kiến trúc riêng biệt.
Bên trong nhà hát có sân khấu rộng và một phòng khán giả chính có diện tích 24x24m, tầng giữa có nhiều phòng nhỏ dành cho khán giả. Cầu thang giữa lên tầng hai là một sảnh chính rộng. Cầu thang phụ và hành lang ở hai bên. Phía sau nhà hát là một phòng quản trị, có 18 buồng hoá trang và 2 phòng tập hát, 1 thư viện và 1 phòng họp. Phía trước mặt trên tầng II là phòng gương rất lộng lẫy.
Nhà hát lớn Hà Nội từ trước đến nay vẫn là một địa điểm biểu diễn nghệ thuật có qui mô, tầm cỡ và mang tính quốc tế, đồng thời là trung tâm của các cuộc họp, hội nghị trong nước và hội nghị Quốc tế, một công trình văn hoá có giá trị lớn và được khai thác vào bậc nhất của Việt Nam. Nhà hát lớn Hà Nội là một công trình kiến trúc có một không hai với những giá trị kiệt xuất về lịch sử, văn hoá, kiến trúc và mỹ thuật. Một thành phần hiếm có của đô thị và kiến trúc thủ đô góp phần tạo lập bộ mặt đất nước ta ngày nay trong lĩnh vực văn hoá, tạo ra những tiền đề cần thiết cho sự mở rộng giao lưu văn hoá, trong công cuộc phát triển kinh tế xã hội hiện nay, đặc biệt trong công cuộc chấn hưng văn hoá dân tộc.
Nhà hát lớn Hà Nội là bằng chứng lịch sử của sự phát triển văn hoá - xã hội của Hà Nội và Việt Nam dưới thời Pháp thuộc, là di tích của một giai đoạn phát triển kiến trúc ở Việt Nam cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX. Nhà hát lớn Hà Nội và quảng trường nhà hát còn là nơi diễn ra những sự kiện lịch sử trọng đại gắn liền với cuộc Cách mạng tháng 8 và những năm đầu của nước Việt Nam Dân chủ Cộng hoà.
25, Tông Đản, Phường Tràng Tiền, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội
24, Hai Bà Trưng, Phường Tràng Tiền, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội
12, Ngô Quyền, Phường Tràng Tiền, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội
37, Hai Bà Trưng, Phường Tràng Tiền, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội
13B, Bà Triệu, Phường Tràng Tiền, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội