新幹線長崎駅の最大の特徴は、新幹線と在来線で連続した一体感のあるデザインとなる大屋根です。通常４柱式の構造となる屋根を２柱式とすることで、柱の少ない開放的な大空間を実現しています。
屋根面は海に向かって３次元的に動きのある形状を描いており、すべての断面で鉄骨形状が異なる複雑な構造となっています。この複雑な形状は、ＢＩＭとパラメトリックデザインを活用することで、直線部材と２種類の異なる曲率の部材のみで形成し、施工の合理化を実現しました。
特に注目すべきは屋根材への膜屋根の採用です。これは整備新幹線のホーム上家では日本で初めての試みとなりました。昼間は自然光により明るく開放的な空間を創出し、降り立った瞬間に長崎の光や風を感じることができる空間となっています。夜にはライトアップにより、世界新三大夜景や日本新三大夜景にも数えられる長崎の美しい夜間景観に貢献しています。