上海中心大厦塔楼采用了“巨型框架-核心筒-伸臂桁架”抗侧力结构体系。该结构体系由以下几部分组成：

1）巨型框架结构由8根巨型柱、4根角柱以及8道位于设备层的两层高箱形空间环带桁架组成，巨型柱和角柱均采用型钢混凝土柱。

2）核心筒为钢筋混凝土结构，截面平面形式根据建筑功能布置由低区的方形逐渐过渡到高区的十字形，在地下室以及1~2区核心筒翼墙和腹墙中设置钢板，形成了钢板组合剪力墙结构。

3）沿塔楼竖向共布置6道伸臂桁架，分别位于2，4~8区的加强层。伸臂桁架在加强层处贯穿核心筒的腹墙，并与两侧的巨型柱连接起来，增加了巨型框架在总体抗倾覆力矩中所占的比例。