La progettazione dell'edificio è stata oggetto di un concorso internazionale, vinto da un gruppo guidato dall'architetto Arata Isozaki di Tokyo, composto dallo studio ARCHA S.P.A. di Torino, Arup Italia s.r.l. di Milano, ing. Giuseppe Amaro, arch. Marco Brizio.

L'avveniristico edificio, chiamato più comunemente PalaIsozaki o PalaOlimpico, si presenta come un rigoroso parallelepipedo cartesiano rivestito di acciaio inox e vetro, con una base di 183 per 100 metri. Si sviluppa su quattro livelli, due interrati (fino a 7,5 metri sotto terra) e due all'aperto (fino a 12 metri d'altezza). La lunghezza complessiva dell'impianto è di circa 200 metri. Costato 87 milioni di euro, dotato di oltre 12.300 posti a sedere, è il più grande palasport italiano, superando in capienza il Mediolanum Forum di Assago (Milano) ed il PalaLottomatica di Roma.

La struttura, progettata per essere una vera e propria "fabbrica degli avvenimenti",utilizzando le parole del suo architetto, è completamente flessibile e modulabile nella sua struttura interna : nella disposizione delle tribune mobili (grazie ad un moderno sistema di gradinate mobili e retrattili e alla possibilità di movimentazione di un impalcato temporaneo), nell'acustica e nell'impiantistica.

Una sorta di scatola magica, realmente progettata per una pressoché infinita potenzialità d’uso postolimpica: ghiaccio, sport indoor vari, atletica indoor, concerti, spettacoli, convention, congressi, manifestazioni, grandi eventi, parate, show, raduni religiosi, eccetera.