建筑顶面呈马鞍型，长轴为332.3m，短轴为297.3m，最高点高度为68.5m，最低高度为40.1m。屋盖中间开洞长度为185.3m，宽度为127.5m。
主桁架围绕屋盖中间的开口放射型布置，与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。大跨度屋盖支撑在周边的24根桁架柱之上，主桁架尽可能直通或接近直通，并在中部形成由分段直线构成的内环洞口。为了避免出现过于复杂的节点，4榀主桁架在内环附近截断。用分段直线代替主桁架空间弯扭曲线弦杆，减少构件的加工难度。将腹杆倾斜角度控制在60°左右，网格大小尽量均匀，上下弦节点对齐，具有较好的对称性。桁架柱、弦杆与腹杆形成完整的桁架，腹杆主要连接于外柱与立面次结构的交点。腹杆轴线与内外柱轴线在同一平面内，腹杆宽度为1200mm，与菱形内柱同宽。在屋盖上弦采用膜结构作为屋面围护结构，屋盖下弦采用声学吊顶。主场看台部分采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。
屋盖主结构的杆件均为箱型构件，其中，主桁架断面高度为12m，上弦杆截面为1200mm×1200mm～1000mmX1000mm，下弦杆截面为1000mm×1200mm～800mmX800mm，腹杆截面基本为600mmX600mm，主桁架沿洞口斜角交叉布置。桁架柱为三角形格构柱，，每根格构柱由两根1200mmX1200mm箱型外柱和一根1200mm×1200mm菱形内柱组成，腹杆截面为1000mm×1200mm。桁架柱上端大、下端小，上端与主桁架相连，下端埋入钢筋混凝土承台内，并将屋盖荷载传至基础。
除菱形内柱下端（标高＋1.500m）上部采用了Gs20Mn5V铸钢件外，屋盖主结构主要采用Q345D、Q345GJD及Q460E钢材，其中Q460E低合金高强度钢材在国内民用建筑中首次使用。
本工程主结构约为21700吨，其中桁架柱约为10500吨，主桁架约为11200吨,次结构约11700吨,楼梯与马道约5000吨,本工程合计钢材总计约41800吨。