國家體育場座落在由地面緩緩坡起的基座平台上，觀眾可由奧林匹克公園沿基座平台到達體育場。基座北側為下沈式的熱身場地，通過運動員通道與主場內的比賽場地連通。國家體育場復雜的附屬部分和賽後商業等安排在升起的地面之下，使不同人群進入的方式更加合理，同時保持了主體建築外觀的清晰、純粹和完整。體育場基座以上部分共七層，設有觀眾服務設施、媒體工作區和貴賓接待區等。基座以下部分共三層，設有零層內部環路、停車場和大量功能用房。碗型看台分為上、中、下三層，並在中、下層看台之間設置包廂及其座位區。
北京奧運會期間，國家體育場作為主會場，承擔了開閉幕式、田徑賽事和足球決賽。精彩絕倫的開閉幕式表演與鳥巢大氣宏偉的結構相得益彰，令世人驚艷。博爾特、伊辛巴耶娃等一批優秀運動員紛紛在鳥巢實現了創紀錄表演。
國家體育場主體是由一系列鋼桁架圍繞碗狀座席區編織而成的“鳥巢”外形，空間結構新穎，建築和結構渾然一體，獨特、美觀，具有很強的震撼力和視覺沖擊力，充分體現了自然和諧之美。
國家體育場鋼結構是目前世界上跨度最大的體育建築之一，其屋頂維護結構為鋼結構上覆蓋雙層膜結構，即固定於鋼結構上弦之間的透明的上層ETFE膜，和固定於鋼結構下弦之下及內環側壁的半透明的下層PTFE聲學吊頂。
