建筑布局按功能分层布置，除比赛大厅外，还有三个练习馆和六个观众休息厅，观众主要从南、东、西三面室外台阶经二层休息厅进入比赛大厅；一层为运动员、裁判员、工作人员和贵宾用房。馆内还有广播、音响、电视转播、传真、计时记分、空调等设备。 体育馆比赛大厅，可以进行乒乓球、羽毛球、排球、篮球、体操、冰球、花样滑冰等多项体育活动，比赛场地长88米，宽40米，它是由21块活动地板组成的；每块活动地板长30米，宽3.5米。地板的下面是滑冰场，开动机器，地板就能往东、西两边撤走，并且一层层地下降，进到地板仓里。 撤走地板后，露出的是水磨石地面，在水磨石地面泼上水，水磨石内的低温氨液排管制冷，一年四季都能结冰，并能使冰面保持一定的温度，即使在炎热的三伏天，人们仍可观看冰球比赛和各种滑冰表演。 比赛场地四周是看台，场内有18个观众出入口，观众可在5分钟内疏散完毕。
为了适应各种体育项目对场地大、小的不同要求，比赛大厅的看台，有活动的、半洗动的和固定的三种。前五排是活动看台，在进行冰球比赛时，可以把它推进去，扩大场地。东西看台第六排到第十排是半活动的，在进行大型兵乓球比赛时，可以把半活动看台撤走，整个比赛场地可以同时安放二十四张国际标准的兵乓球台进行比赛。主席台的前半部是活动的，为了适应大型会议的需要，它可以自动升降，延伸扩大120平方米，不用时就自动推进到主席台的后面。
比赛大厅设有空气调节系统，室内温度冬季不低于18℃，夏季不高于28℃，在冻冰时，温度也能保持适中。
为了适应国际比赛的要求，首都体育馆在一九八五年对比赛馆的灯光、音响、计时记分进行了更新改造。灯光采用的是镝灯和碘钨灯两种混合光照明（镝灯400瓦、碘钨灯1000瓦），发行后的照明达到了国际比赛的要求，平均水平照度为1500勒克斯；电子计时记分设备是目前国内先进的体育馆用大屏幕显示装置。通过这套设备能将体育比赛中的各种信息迅速显示出来。此外，还能中、英文字资料，如标语、口号、广告、讲话稿等。显示牌能同时显示篮球、排球、手球、冰球等项体育比赛的时记分，也能显示不同的内容。操纵全部由电子计算机微机控制；广播音响功率改造后，比以前增加了一倍多，实际功率达到1500-2000瓦。
据北京市规划委员会、北京市文物局二OO七年十二月十九日通知，该建筑已经北京市政府批准列入《北京优秀近现代建筑保护名录（第一批）》。很多歌手的演唱会都选择在首都体育馆举办。
