天汉大剧院建筑设计由北京建筑设计研究院总负责，室内设计由金螳螂设计研究院担纲，室内装饰由金螳螂落地完成。总建筑面积近7万平方米，建筑高33.75米，项目外形为直径180米的近圆形建筑。

这座创意新颖、构思独特的建筑，延续着汉中悠久的历史，展示着汉中蓬勃向上的现代文明，建筑设计立意取自汉代“书简”，数百根“汉简”沿“莫比乌斯环”的造型翻转环绕，构成一座均衡并富有韵律的建筑，寓意着城市历史与文明的传承和永恒。

天汉大剧院的设计以独特的角度表现历史人文传统与现代性之间的关系，展现汉中古老而富有活力的城市性格。建筑空间分为“栈道体系”和“山体体系”，步入其中，有身处高耸峡谷和出入盘山栈道的神秘体验。