毗邻火车东站，与83层中信广场相对。中心坐北向南，东南西北设有四个大门，正门在南边，占地总面积为58万平方米，主体建筑由功能齐全、设备先进、结构精巧的体育场、体育馆和游泳跳水馆组成。
体育场采用马鞍型设计，建筑面积6.56万平方米，看台底部设计成6层楼房，有2个接待大厅和3个贵宾厅，140个工作间，并附有400平方米的综合训练厅，田径足球场可容纳6万观众，有10×8米彩色大屏幕显示等比赛器材和设施；体育馆呈六角形，建筑面积2.2万平方米，馆内比赛大厅长92.4米，宽78.4，高30米，8628个观众座位；游泳馆建筑面积2.17万平方米，环形走廊可作展览大厅，有大型比赛厅、游泳池、跳水池各1个，观众座位3200多个。
除3个主体场馆外，天河体育中心还附设有可供正式比赛的球类、体操、技巧、举重练习等场馆，以及新闻中心、儿童游乐园等设施。特别是1996年新辟的大世界保龄球馆，设施先进，设备齐全，球道采用最先进的美国AMF系统，是全国第一家世界级大型保龄球娱乐场所。
