数控加工中心本身的结构分两大部分：一是主机部分，二是控制部分。
主机部分主要是机械结构部分，包括：床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、刀库、换刀机构、辅助系统(气液、润滑、冷却)等。
控制部分包括硬件部分和软件部分。硬件部分包括：计算机数字控制装置(CNC)，可编程序控制器(PLC)，输出输入设备，主轴驱动装置，显示装置。软件部分包括系统程序和控制程序。
数控加工中心结构上的特点是：
①机床的刚度高、抗振性好。为了满足数控加工中心高自动化、高速度、高精度、高可靠性的要求，数控加工中心的静刚度、动刚度和机械结构系统的阻尼比都高于普通机床(机床在静态力作用下所表现的刚度称为机床的静刚度；机床在动态力作用下所表现的刚度称为机床的动刚度)。
②机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快。数控加工中心传动装置主要有三种，即滚珠丝杠副；静压蜗杆-蜗母条；预加载荷双齿轮-齿条。它们由伺服电机直接驱动，省去齿轮传动机构，传递精度高，速度快。一般速度可达15m／min，最高可达100m／min；
③主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统(特殊的也只保留1～2级齿轮传动)。主轴功率大，调速范围宽，并可无级调速。目前数控加工中心95％以上的主轴传动都采用交流主轴伺服系统，速度可从10～20000r／min无级变速。驱动主轴的伺服电机功率一般都很大，是普通机床的1～2倍，由于采用交流伺服主轴系统，主轴电动机功率虽大，但输出功率与实际消耗的功率保持同步，不存在大马拉小车那种浪费电力的情况，因此其工作效率最高，从节能角度看，数控加工中心又是节能型的设备；
④数控加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构，能长期的保持导轨的精度，在高速重切削下，保证运动部件不振动，低速进给时不爬行及运动中的高灵敏度。导轨采用钢导轨、淬火硬度≥HRC57度，与导轨配合面用聚四氟乙烯贴层。这样处理的优点：
a．摩擦系数小；
b．耐磨性好；
c．减振消声；
d．工艺性好。
所以数控加工中心的精度寿命比一般的机床高；
⑤设置有刀库和换刀机构。这是数控加工中心与数控铣床和数控镗床的主要区别，使数控加工中心的功能和自动化加工的能力更强了。数控加工中心的刀库容量少的有几把，多的达几百把。这些刀具通过换刀机构自动调用和更换，也可通过控制系统对刀具寿命进行管理；
⑥控制系统功能较全。它不但可对刀具的自动加工进行控制，还可对刀库进行控制和管理，实现刀具自动交换。有的数控加工中心具有多个工作台，工作台可自动交换，不但能对一个工件进行自动加工，而且可对一批工件进行自动加工。这种多工作台数控加工中心有的称为柔性加工单元。随着数控加工中心控制系统的发展，其智能化的程度越来越高，如FANUCl6系统可实现人机对话、在线自动编程，通过彩色显示器与手动操作键盘的配合，还可实现程序的输入、编辑、修改、删除，具有前台操作、后台编辑的前后台功能。加工过程中可实现在线检测，检测出的偏差可自动修正，保证首件加工一次成功，从而可以防止废品的产生。