纪念堂大门正上方镶嵌着“毛主席纪念堂”汉白玉金字匾。枣红色花岗石砌成的高大基座上，屹立着44根花岗石廊柱，高高擎起金色琉璃重檐屋顶，是一座具有我国民族风格的正方形宏伟大厦。
纪念堂有10个厅室对外开放。现主要介绍其中五个：
北大厅。进入纪念堂正门是北大厅，这是举行纪念活动的主要场所。厅中央设有一座高3．45米汉白玉石雕的毛主席坐像。坐像背后墙上，装饰有表现祖国大好山河的巨幅绒绣画壁毯。
瞻仰厅。这是纪念堂的核心部位，厅正中砌有一座黑色花岗石棺床，四周鲜花簇拥。棺床上安放着水晶棺，棺内躺着毛泽东的遗体，遗体上覆盖中国共产党党旗，十分庄严肃穆。
毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德革命业绩纪念室。通过大批文物、文献、图片、书信，反映了四位领导人在创建中国共产党、缔造人民军队、创建中华人民共和国、领导社会主义建设等方面的伟绩。
电影厅，在二楼，可以观看反映毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德等中国历史名人的生平片断的文献纪录片《光辉永存》。
南大厅，是出口大厅。大理石墙面上，镌刻着毛泽东诗词《满江红·和郭沫若》手迹，字体全部是银胎镏金。下边摆着10盆五针松，花盆用云南特有的绿色彩花大理石制成，并利用它的天然纹理磨制成韶山、井冈山、金沙江、大渡河、雪山、草地、延安、长城等图景。
纪念堂四周是以苍松翠柏为主的绿化带。树种有北京油松、青岛雪松、桧松和白皮松；还有36株房山红果树，13株延安青松。北门和南门外的东西两侧，各有一组长15米、高3．5米的群雕。
纪念堂还是陈列、收藏中国当代名家书画的艺术殿堂，收藏有二千多种书画作品。