奥林匹克公园围绕贯穿整个园区的中轴线设计了不同的景观，设计了三条轴线——中轴线、西侧的树阵和东侧的龙形水系。在龙形水系和中轴线之间设置了三段不同的空间（庆典广场、下沉花园、休闲广场），水系两岸也分别配套进行了景观设计。在园区之中设置了一个标志性景观塔——玲珑塔，赛时为媒体提供演播室、电视转播等服务。此外，园区中已有的历史遗存，包括北顶娘娘庙等古迹在内，也放在了景观设计的考虑范围之内。

　　中轴线本身设计为景观大道，总面积40万平方米，中间不设置建筑物（称作“虚轴”，与内城设置建筑物的“实轴”相对）。大道南起熊猫环岛，北至森林公园南门广场，总长3.7千米，在宽度为21至60米不等的范围内采用灰色花岗石模仿中国古建筑中的御道进行铺装，即使与市政道路相交的位置也保持不变，以保持大道的完整性。

　　西侧的树阵景观带宽100米，长2.4千米，南起四环路北侧，北至科荟路，中间在国家游泳中心和国家体育馆东侧断开以形成广场。树阵中的树木间隔为6米，矩阵排列，树种以北京本地物种为主，考虑到成本没有全部使用银杏，而是以油松、毛白杨、国槐、栾树等树种为方阵主体，两侧以银杏阵列贯穿。树下则从南部的硬质透水砖，变成中部的规则绿篱，最终变为北部的自由绿化，逐渐融入森林之中。

　　东侧的龙形水系总长约2.7千米，宽度20至125米，总面积16.5公顷，南起鸟巢南侧，北至森林公园奥海。虽然是人工水系，水源也是污水处理厂中生产的中水，但是在建设中人工构建了生态平衡，以达到自然净化的效果。西岸的湖边西路为非机动车道，在下沉花园旁设置了亲水平台，并辅以台阶、平台、座椅等设施。东岸则设置了带状绿地，西侧植被种植较矮较稀疏，东侧叫高较密，这样一来既利于从东岸向西观赏中心区，也使得中心区向东望去的景色富有层次感。

　　三段空间中，南段的庆典广场与中轴广场相连，为周边的国家体育场、游泳中心、体育馆提供赛时和赛后大型活动人流集散和室外活动举办的空间，南北两侧设置了喷水池。中段的下沉花园结合周边的地铁站和20多万平米的地下商业设施进行设计，以“开放的紫禁城”为主题设置了7个院落，自南到北依次排开，分别采用不同的设计（4、5号院由道路分隔，采用同一设计），体现出不同的中国传统文化元素。而北段的休闲花园则自然种植了植被[5]，作为中心区逐渐过渡到森林的缓冲地带，植被中间留有空地以便活动；在建的瞭望塔位于休闲花园内。