ドルビーシネマは、米ドルビーラボラトリーズ社が開発した、最新の音響技術、映像技術、インテリア設計をパッケージにした最新型のシアター。

　音響技術では、独自技術のドルビーアトモスによる立体音響を提供し、映像技術では、HDR技術のドルビービジョンにより、明るさの階調や色域をリアルに再現。そして、内装設計では、映画に没入するために最適化された壁や座席などの劇場インテリア設計が施されている。この3つの要素を兼ね備えているという点で、従来のドルビーアトモス採用の劇場とは区別して「ドルビーシネマ」と名付けている。

　2014年12月15日にオランダ アイントホーフェンのJT Bioscopen(現 Vue Cinemas) に設置され、現在では世界11カ国、導入興行社数20社、400スクリーン以上で導入されている（予定数含む。2019年4月現在）。

　立体音響システム「ドルビーアトモス」は、劇場空間内に最大128の音像（オブジェクト）を配置できる高い表現力を持つ。スピーカーは、スクリーン背面、壁に加え、天井部にも配置し、最大で64chまで個別に出力できる。スピーカーの設置台数は、劇場の形状、大きさ等により変わるが、オブジェクトは、スピーカーの台数や配置箇所に制約を受けない。これにより、音像の動きなどを微細に調整でき、爆音やノイズからわずかな静寂音、さらに完全無音までを劇場内で提供できる。

　HDR映像技術「ドルビービジョン」は当初、TVモニターの技術として開発されてきたものだが、高輝度なレーザープロジェクターを採用することで、シアター設備でもその効果を実現している。通常のシアターでは、暗転でもスクリーン自体の色が白またはシルバーであり、プロジェクターから放たれる光線に微量な光が含まれているため、ダークグレーに見えてしまい、完全な闇をつくることは難しかった。しかし、ドルビーシネマでは完全な闇が再現可能だ。さらに映像内においても暗部の階調性を細かく再現できるため、暗部における役者の表情や背景の細部を的確に伝えることができる。

　このドルビービジョンの高輝度を実現するため、プロジェクターには2基の4Kレーザープロジェクターを同時に投影している。これにより、コントラスト比は、通常の500倍となる、100万対1を達成。輝度は、従来の約２倍以上の108nits＝31 feet/lambertsという。
　2台のプロジェクターを用いているため、3D立体視上映の場合、レンズの前に置かれたカラーホイールを使用せずに、左目用と右目用、それぞれの映像を表示できる。そのため、従来の3Dフィルムで発生したフラッシュやジッターが解消され、3D立体視上映の場合の輝度は、従来の3D立体視映画の約2倍の14 feet/lamberts(48 nits) を実現する。

　ドルビーシアターの独自設計では、エントランス部分の通路に「DOLBY CINEMA」のロゴサインと、上映作品の映像イメージなどが映し出され、劇場で映画を観る気分をもりあげる。劇場内は、床、天井、壁、座席までが黒で統一され、ドルビーシネマのオリジナルカラーであるブルーライトの照明ラインが座席部全体を囲むように配置されている。座席は光を反射しない素材を採用し、どの席に座っても音響と映像を最高の状態で鑑賞できるように工夫されているという。防音・防振なども最適化されたインテリアとなっている。