天漢大劇院建筑設計由北京建筑設計研究院總負責，室內設計由金螳螂設計研究院擔綱，室內裝飾由金螳螂落地完成。總建筑面積近7萬平方米，建筑高33.75米，項目外形為直徑180米的近圓形建筑。

這座創意新穎、構思獨特的建筑，延續著漢中悠久的歷史，展示著漢中蓬勃向上的現代文明，建筑設計立意取自漢代“書簡”，數百根“漢簡”沿“莫比烏斯環”的造型翻轉環繞，構成一座均衡并富有韻律的建筑，寓意著城市歷史與文明的傳承和永恒。

天漢大劇院的設計以獨特的角度表現歷史人文傳統與現代性之間的關系，展現漢中古老而富有活力的城市性格。建筑空間分為“棧道體系”和“山體體系”，步入其中，有身處高聳峽谷和出入盤山棧道的神秘體驗。