毛主席纪念堂（英文全称：Chairman Mao Zedong Memorial Hall）南北长260米，东西宽220米，占地面积为57200平方米，建筑面积33867平方米。纪念堂的主体建筑长宽各105．5米，高度为33．6米。这座方形建筑分为地下一层，地上一层，基座由枣红色花岗岩砌成，基座高4米，座上矗立着17．5米高的44根花岗岩廊柱，承托着熠熠生辉的金黄琉璃重檐屋顶。在这座举世瞩目的辉宏殿堂里，安放着中国共产党、中国人民解放军、中华人民共和国的缔造者毛泽东主席的遗体，每天前往瞻仰的中外宾客络绎不绝。
纪念堂是一座正方形大厦，建筑面积为2万多平方米， 高33.6米，坐南朝北，外观为两层。主体呈正方形，外有44根福建黄色花岗石建筑的明柱，柱间装有佛山石湾花饰陶板，通体青岛花岗石贴面。屋顶有两层玻璃飞檐，檐间镶葵花浮雕。基座有两层平台，台帮全部用四川大渡河旁的枣红色花岗石砌成，四周环以房山汉白玉万年青花饰栏杆。南、北门台阶中间又各有两条汉白玉垂带，上面雕刻着葵花、万年青、腊梅、青松图案。正门上方镶嵌着“毛主席纪念堂”汉白玉金字匾额。枣红色花岗石砌成的高大基座上，四周环以44根黄色花岗石八角形廊柱。重檐平顶的檐口上贴以金色琉璃瓦。大门南北两侧各有两组8米多高的群雕，分别展示中国人民在毛主席领导下的革命历程。纪念堂现有10个厅室对外开放。
进入纪念堂正门的北大厅是举行纪念活动的地方， 大厅中央是3.45米高的汉白玉雕刻的毛主席坐像，面含微笑，端庄安详。坐像背后的墙上，悬挂着一幅大型绒绣－－“祖国大地”。整个大厅可容纳700多人。纪念堂的核心部分是瞻仰厅。大厅正中的水晶棺内，安放着毛主席的遗体，身着灰色中山装，覆盖着鲜红色的党旗。水晶棺的棺床是用黑色花岗石制成的，周围鲜花烂漫。大厅正面的白色大理石墙壁上镶嵌着17个鎏金大字“伟大的领袖和导师毛泽东主席永垂不朽”。
东西各厅是毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德、邓小平、陈云等老一辈无产阶级革命家的革命业绩纪念室。纪念室内展出了大批文物、文献、书信和图片。纪念堂由北大厅、瞻仰厅、南大厅组成。北大厅是在瞻仰毛主席遗容前举行悼念活动的场所，大厅中央是三米多高用汉白玉雕塑的毛主席坐像，坐像背后墙上悬挂着一幅描绘祖国山河大地的巨型绒绣。
瞻仰厅是纪念堂的核心部分大厅正面白色大理石墙壁上镶嵌着鎏金隶书大字："伟大的领袖和导师毛泽东主席永垂不朽“。大厅中央烂漫的花丛中安放着水晶棺，毛泽东主席的遗体上覆盖着中国共产党党旗。南大厅为出口大厅，白色的大理石墙面上，镌刻着毛主席手书的《满江红·和郭沫若同志》词。纪念堂大门正上方汉白玉匾额上的“毛主席纪念堂”六个鎏金大字，是时任中共中央主席、中央军委主席、国务院总理华国锋同志的亲笔题字。
【北大厅】正中是毛主席汉白玉座像，总高3.45米。背景是一幅《祖国大地》绒绣，宽23.74米，高6.6米。大厅里的4根方柱，柱体是江苏无锡奶油红大理石，柱端采用天山白色大理石作衬托。地面铺杭州灰色大理石。天花板上装110盏玻璃葵花灯。
【瞻仰厅】正中间的水晶棺中，安放着毛泽东主席遗体。毛主席身着灰色中山装，身上覆盖着中国共产党党旗。水晶棺基座用泰山黑色花岗石制成，棺座四周分别镶着金饰党徽、国徽、军徽和毛泽东主席的生卒年份。水晶棺周围是君子兰和玻璃栏杆。大厅正面的汉白玉墙面上，镶着17个镏金隶书大字“伟大的领袖和导师毛泽东主席永垂不朽”。
【革命纪念室】即毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德、邓小平、陈云同志革命业绩纪念室。通过大批文物、文献、图片、书信，反映了六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丰功伟绩。据统计，6个纪念室共陈列文物102件、图片490张、文献224件。在陈列形式上，采用了较先进的制作材料和制作工艺。每个纪念室都增设了等离子超薄电视和电子资料触摸屏，可播放展现伟人风采的资料片，调阅反映伟人思想、风范的格言。
【电影厅】在二楼电影厅，可观看纪录片《怀念》。这部20分钟的影片，采用浓缩的手法和生动的画面，展示了毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德、邓小平、陈云这一革命领袖群体为中国人民的解放事业和社会主义建设事业所建立的丰功伟绩，再现了他们同人民群众在一起的感人场面。
【南大厅】是出口大厅。大理石墙面上，镌刻着毛主席诗词《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。
邓小平、陈云同志革命业绩纪念室是为纪念中国共产党建党80周年，经中央批准在毛主席纪念堂增设的。同时对1983年建成的毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德同志革命业绩纪念室的陈列内容和形式进行调整和补充，使纪念堂成为缅怀以毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德、邓小平、陈云为代表的老一辈无产阶级革命家革命业绩的重要场所，成为对广大人民群众特别是青少年进行革命传统教育、爱国主义教育和社会主义教育的重要基地。
毛主席纪念堂增设纪念室工程和调整布展内容的工作从1999年7月开始的。新增和调整后的毛主席纪念堂6个纪念室的陈列已于2001年7月1日正式开放。纪念堂陈列、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。
