纪念堂所在地原是清代督练公所、辛亥革命后督军署、1921年非常大总统府。为纪念伟大的中国革命先行者孙中山先生，广州人民和海外华侨捐资建造的中山纪念堂，于1929年1月动工，1931年10月落成。纪念堂总高58米，建筑面积12000平方米，为钢架和钢筋混凝土结构。前后左右4个重檐歇山顶拱托起中央的八角形亭式顶盖，8根两人合抱的紫红色廊柱，使纪念堂飞檐凌空；重檐下 镌刻着孙中山先生亲笔手书的“天下为公”4个大字。红柱黄墙，衬以宝蓝色琉璃瓦盖，顶部真金马赛克镶砌的大宝顶，在阳光下熠熠生辉。整座建筑坐北朝南，巍峨、庄严、瑰丽。
纪念堂内的大厅，颇具特色。大厅北部是主席台，可坐一、二百人，其余三面是上下两层的池座、廊座和楼座。大厅内共有4729个座位。堂内四壁用富于民族风格的图案装饰，堂顶呈圆盖形，中央是用五色玻璃镶嵌的圆形大吊顶，灯光一亮，金碧辉煌。正面墙壁上嵌着孙中山先生的大理石头像，大理石座上刻着镶金的《总理遗嘱》。大厅面积达8700多平方米，但厅内没有一根柱子，不会挡住视线。这是因为设计师在大厅周围近墙边处，安设了8根藏着的柱子，然后采用现代建筑中的钢桁架结构手法，支承着4个跨度约30米的钢桁架，4个桁架上再支承着8个主桁架，使楼座悬臂飘出8米左右。这样特大量体的会堂建筑是我国宫殿式建筑史上的一个创新。
纪念堂前方正面是一片绿茵茵的大草坪，草坪正中白色花岗石上屹立着一座高5米的孙中山先生全身铜像。铜像左右有青松翠柏。堂前东西两侧的石雕“云鹤华表”以及平地而起的红色铁花围墙，把纪念堂四周环境装点得庄严华丽、幽静肃穆。
纪念堂西面是“孙中山事迹陈列馆”，馆内陈列的图片和资料，向人们展示了这位中国革命先行者寻求真理、探索民主革命道路的伟大一生。
纪念堂背后的越秀山上有与纪念堂同时兴建的中山纪念碑，碑呈方形，正面刻有《总理遗嘱》。堂、碑在同一中轴线上，上下辉映，形成一组完整的纪念性建筑作品。
中山纪念堂是中国建筑师吕彦直设计的，他在设计中大胆吸收了外国现代建筑科学技术，又结合中国传统的民族形式。纪念堂竣工后，中外人土纷纷前来参观，被誉为我国纪念性建筑中最成功的作品之一。