歌劇院建築設計師伊東豊雄到葡萄牙旅行時，
在街頭聽到了一場戶外音樂會，樂音和圍觀群眾巧妙交融，
讓空氣充滿音樂祭典般的歡樂氛圍。
於是伊東在構思歌劇院的建築時，融入街頭音樂會的概念，
以「聽的建築」作為設計原點，醞釀建築物的輪廓，形構四通八達的洞穴與其上的孔洞，
讓藝術的氣息流通在建築中，使藝術成為日常。
在建築外觀上，伊東心中的劇場是一座接近自然的「仿生」空間，
跳脫傳統建築的方正思維，以自然界中的非幾何有機線條構成，
希望能喚回人們在幾何空間中失去已久的活力與創意。
因此，他設計的歌劇院由高低起伏的曲牆為主結構，構成大大小小的洞穴，
讓人身在其中能感受自然元素的變化，喚醒人類的感官本能；
大片的玻璃帷幕與無界線的空間讓歌劇院成為一座內外融合、回歸自然的開放性建築，
讓陽光、空氣、水與聲音能在歌劇院流動，與藝術在院內匯集、繚繞，生生不息。
臺中國家歌劇院，並不只是一座名為歌劇院的建築，
而是整座建築就是一場歌劇。
無論是入口大廳或門廳，餐廳或空中花園，
無論你身處在哪個角落，都能感受到聲音、光和空氣的流動。
在這裡，你的全身都將震懾於這棟建築的絕妙磅礡。
— 伊東豊雄 Toyo Ito
曲牆 Curved Walls
歌劇院是全球第一座以曲牆為結構主體支撐的建築，整體除了邊界之外，幾乎沒有直線，總共以 58 面曲牆、29 個洞窟組成，空間大小不一，彼此區隔卻又相連，形成流動的空間，打破一般建築界線分明的型式，為仿生建築概念的實踐。
呼吸孔 Breathing Holes
歌劇院的呼吸孔模擬自然界的生物，透過孔洞獲得生命所必需的陽光、空氣、水。白天，陽光從呼吸孔灑入歌劇院；夜晚，呼吸孔透出館內的幽微光線，使每個呼吸孔的亮度都不同，讓坐落於市中心的歌劇院彷彿得以透過呼吸孔與城市一同呼吸。
壺中居 Bottle the Art
歌劇院外觀不論玻璃牆面或水泥牆面，都是如同酒瓶般的形狀，設計師伊東將之稱為「壺中居」，意味著欣賞表演藝術讓人酩酊，讓人醉心。
防火消防水幕 Water Screen System
曲牆上一點一點如同星座分布連成的一條線，是引進日本榮獲世界專利的防火水幕系統，每一個點都是一個噴頭，當偵測到火災發生時，就會降下細細的水幕，第一時間快速阻絕火熱與煙氣、防止火災蔓延，並淨化火場揚起的懸浮微粒，增加歌劇院的安全性！
