大同大劇院建筑外部呈不規則的起伏狀，酷似一朵縈繞的云霧。在內部設計上也獨具匠心，舞臺與觀眾席融為一體。同時，觀眾席滿足了觀眾視覺上的觀賞要求，呈梯段式布置，使觀眾和表演者距離拉近。入口處大廳和劇院的候場廳在劇場內部作為大空間實現了連接，可舉辦多種形式的表演。在其大空間里設置的大劇場和小劇場呈直線狀分布，可以合并使用。