該場館采用多功能技術的復合屋面解決了屋面雨點噪聲問題，減少對體育館正常使用的幹擾。屋頂采用國內比較罕見的九層復合結構。 國家體育館以中國“折扇”為設計靈感，充分體現“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”的奧運理念和“節儉辦奧運”的原則，註重功能設計、環保設計和美感設計相結合，體現了功能第壹、技術第壹、滿足比賽、遵守規範、節能環保、賽後利用的設計原則。
據國家體育館業主單位國奧投資發展有限公司副總經理沈永山介紹，這是中國國內空間跨度最大的雙向張弦鋼屋架結構體系，它滿足了結構設計的三個要素：1、結合建築設計的美觀要求，2、承載方式安全可靠，3、結構受力體系簡潔合理且造價低廉。沈永山說，設計時充分考慮施工的要求。由於結構復雜、技術難度大，鋼屋架安裝采用縱向張拉後攜帶雙向索進行整體滑移安裝技術。高效的、節省工期的施工方法，使屋頂的鋼結構壹次成型，填補了中國國內空白。在施工中也采用了由第三方對主要受力杠桿，支撐架系統、所有焊縫進行監測，布置和安裝健康監測點，提高整個工程在施工過程中的安全性。
綠色奧運
國家體育館矗立在奧林匹克公園中心區，它的地基裏“藏”有8萬多噸廢鋼渣。
“這不僅保護了環境，更是變廢為寶。”國家體育館業主單位國奧投資發展有限公司副總經理沈永山介紹，國家體育館根據設計要求要挖深20多米進行地基的澆築，而地基澆築後進行回填。以往回填的物質通常都是砂石料，而砂石料又是不可再生資料，國家體育館需要的數量又非常多，如果這樣回填將造成極大的浪費。根據多方面的考察國家體育館地基嘗試采用廢鋼渣代替傳統砂石進行回填取得了成功。
鋼渣是利用首鋼煉鋼過程中產生的廢棄多年、堆積如山的煉鋼剩余鋼渣，經過加工處理，各項技術指標均符合國家規範要求。國家體育館使用鋼渣回填既滿足了施工需要，使35000立方米約8萬噸的廢料變廢為寶，節約工期，貫徹了綠色奧運的精神。
漫步奧運村的道路是用首鋼堆積的廢鋼渣鋪就的，地下室埋深約8米，抗浮水位負1米，需要大容重的材料抗浮壓重，要是采用天然砂石料，至少需要8萬噸。采用了首鋼堆積的300萬噸廢鋼渣，節約了能源。
人文奧運
通行無礙方便殘疾人走進該體育館，觀眾席正北側壹片面積超過300平方米的平臺.，無論角度還是高度都堪稱館內黃金地段，卻沒有設立任何座席，是專門為殘疾人觀眾準備的輪椅看臺。在國家體育館，使用輪椅的殘疾人朋友可以通過緩坡或者6部殘疾人專用電梯直接來到輪椅看臺。殘疾觀眾可以坐在自己的輪椅上觀看比賽。整個區域約可容納120名乘坐輪椅的殘疾人。
科技奧運
在清除噪音方面，國家體育館采用中國國內比較罕見的9層多功能金屬復合材料的夾層設計，厚25厘米，由水泥板、玻璃棉、防水層、吸隔聲材料組成，並在最外層噴塗吸音材料，最大限度地減少屋外噪音的影響，解決了目大多數體育建築普遍存在的屋面雨點噪聲問題，減少對體育館正常的幹擾。
場館四周的玻璃幕墻采用了中空low-E玻璃和金屬板組合的形式，全部采用雙層玻璃。雙層玻璃間的空隙充有氧氣，既起到了良好的保溫隔熱作用，也有效地降低了噪音影響。此外，場館內的空調和制冷設備也進行了專門的消聲減噪設計，最大限度為觀眾創造壹個寧靜舒適的觀賽環境，即使室外是傾盆大雨，室內也不會聽到任何噪音，提高了體育館的聲學設計品質。 2007年11月28日至12月3日，承辦2007“好運北京”體操國際邀請賽。
2007年11月30日至12月3日，承辦2007“好運北京”蹦床國際邀請賽。
2008年1月20日至25日，承辦2008“好運北京”輪椅籃球國際邀請賽。
2008年5月29日，國家體育館首次進行奧運轉場演練。在17個小時裏，420多名工作人員把擺滿重型器械的體操館“變”成了手球館，而這壹轉場任務被國際體聯稱為壹項艱巨的任務。
拆卸完體操所用的設備後，工作人員要在預先鋪在底下的手球地板上鋪設2400平方米的地膠等。國家體育館場館副主任力航表示，工作人員雖然長時間工作，但工作有張有弛，能保證體力。總體來說，這個被國際體聯看來不可能完成的任務，已經能在可控狀態下完成。 奧運會後，國家體育館將是北京座席最多的室內運動館，成為能夠提供多功能服務的市民活動中心。組織國際國內專業體育賽事和商業性大型體育、文藝表演活動，成為該館的主導功能。
2013年1月19日晚7點30分，“2012CCTV體壇風雲人物”頒獎盛典在國家體育館舉行。
2013年1月6日，“ONE DAY”黃韻玲作品群星演唱會在國家體育館舉行。劉若英、那英、羅大佑、齊秦、齊豫、林俊逸6位實力唱前來助陣，與黃韻玲本人壹起完美地呈現出這位48歲唱作人的半生積澱。
2012年12月31日中央電視臺《啟航2013——元旦晚會》在國家體育館隆重開場，屆時，中央電視臺壹套、三套、四套及高清頻道、外語頻道都將從晚上八點開始並機面向全球直播。
2012年11月29日，據中國之聲《新聞晚高峰》報道，由馮小剛導演，根據劉震雲的小說《溫故1942》改編的同名電影在全國上映，國家體育館萬人觀影。
2014年1月11日，北京國家體育館又將迎來許多“第壹次”：中國歌迷第壹次現場聆聽國際巨星Katy Perry演繹《Roar》、《Firework》等動人旋律，林誌穎“第壹次”公開演唱全新單曲《摯愛》。與此同時，亞洲音樂頑童庾澄慶、華語樂壇時尚先鋒李宇春、百變海豚公主張靚穎等眾多當紅巨星也將傾情加盟，在開年之際帶來震撼人心的精彩演出。音樂的澎湃激情和感性力量，都將在2014年的首場品牌大秀——“啟釋錄”2014英菲尼迪萬人盛典上盡情釋放。
2014年3月28日，韓國藝人Rain（鄭智薰）在國家體育館舉行北京‘Rain Effect 2014 Showcase‘。在演唱會中他以主打歌《30 Sexy》和《La Song》展現30歲男人的魅力，並且俘獲萬千少女的芳心。Rain在舉行北京演唱會的前壹天也出現在深圳的“QQ音樂盛典上”為大家演出，同時Rain也在上海拍攝與劉亦菲合作的電影。
2015年1月31日，“國民男神”李易峰“峰狂2015” Fan's Meeting北京站在國家體育館舉行。何炅做為嘉賓住持，和粉絲們壹起分享了李易峰在不同時期的照片和故事。 李易峰的父母和圈內好友張智堯、喬振宇等到現場觀看了演唱會。
2015年12月31日快樂中國2016湖南衛視跨年演唱會。