臺中歌劇院佔地面積5.7公頃，總建築面積51149平方米，總建設費用43.6億元新臺幣，歷時5年才建成。該建築定位為國際級的各類表演藝術場所，設有2014席座位的大劇場、800席中劇場與200席小劇場，以及藝文工作坊、藝術商場等。
該項目由2013年獲得普立茲克獎的日本建築大師伊東豊雄(Toyo Ito)設計，以世界首創「美聲涵洞」(Sound Cave)概念被國際媒體路透社譽「世界第九大新地標」。
結構設計特色
被譽為世界級的建築，以連續曲面連線方式建構出全世界唯一非標準化的曲面牆壁結構，成為臺中市的新地標。設計想法不再執著於原有線性或曲面建築，而是超越原來幾何學的模式而過去機械式的美學思考，也轉為全新的電子美學形式，擅長運用鋁板、玻璃等材料表現建築的輕盈，穿透感使自然的光與風，結合數字電子媒體的流動，形成獨樹一幟的語彙。
臺中歌劇院的三大特點：
(1)「曲牆」建築工法
(2)「水幕防火」設計
(3)地下空調 & 椅墊下空調
臺中歌劇院是一座曲牆、無柱、無梁的混凝土建築，全院有58個"曲牆"，稱為"美聲涵洞"，配合照明及自然光的變化，參觀者走在裡面，會聽到不同的聲音，有不同的感受。這種工藝被稱為曲牆建築工法，因為其獨特的設計，美國探索頻道特別製作了"建築奇觀：臺中歌劇院"紀錄片，以超過5年時間記錄這項偉大的工程。同時還運用了水幕防火設計，這兩種工法都獲得了世界專利。
臺中歌劇院被選為「全球最難蓋的房子」
設計之初的效果圖，由於是洞窟建築設計，被形容為「全球最難蓋的房子」
▲臺中歌劇院施工現場
該歌劇院在建造之初就遇到非常多的設計挑戰，特別是要建造出一個有機的室內空間
像海綿一樣的多孔三維設計，建築本身就是一個生態系統。這座先進的建築擁有可以實現雨水回收的系統，可以人為控制溫度和光線，甚至影響周圍建築朝著可持續方向發展。
像海綿一樣的多孔三維設計的效果模型，看上去確實十分精妙，難以想像這樣的建築能夠用鋼筋和混凝土建造出來！
網狀鋼梁打下三維彎曲牆面的基礎，最後用shotcrete(一種用於隧道工作的可噴的混凝土）來凝固這個金屬網。毋庸置疑，這絕對是世界上第一座用這種方式以這種規模製造出來的大劇院。
臺中歌劇院，最難做的曲牆部分，就是洞口向外的五樓部分。
臺中歌劇院建設工程複雜困難，總共有58座曲牆，每個曲牆有1372片小係數，每一塊都要量身訂作，無法大規模量產，必需精密計算，才能創造出如洞窟般的流線地景。
臺中歌劇院總共流標了五次，最後由麗明建設得標。麗明建設從未蓋過曲牆建築，堪稱獨步世界的建築工法，研究58個單位曲牆的結構，了解鋼筋混泥土怎麼灌漿，花費500萬順利打造出模型，經過伊東豊雄的認可，才開始動工蓋歌劇院。