十五運會開幕式晚上8時在廣州的廣東奧林匹克體育中心體育場舉行。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平和夫人彭麗媛，國際奧委會主席考文垂和終身名譽主席巴赫等出席。

各支參賽代表團其後逐一進場，東道主廣東、香港和澳門體育代表團一起登場，賽艇運動員趙顯臻擔任港隊持旗手。習近平不時向代表團揮手致意。

運動員、教練員、裁判員代表宣誓後，主題為「圓夢未來」的文體展演開始，第一章「同根同源」以舞蹈訴說文化淵源；第二章「同心同緣」，融匯嶺南風情，由包括香港粵劇名伶汪明荃等演繹經典曲目。

最後一章「同夢同圓」，有多名本港歌手參與，容祖兒、曾比特等獻唱後，4名港星陳小春、謝天華、林曉峰及錢嘉樂登場，獻唱經典廣東歌《海闊天空》。壓軸嘉賓劉德華帶領全場高歌其代表作《中國人》。

全運會火炬在開幕式場內傳遞，多名體育名將參與，包括乒乓球的馬琳、跳水的陳若琳和郭晶晶，以及本港單車運動員黃金寶。港隊劍擊代表、奧運金牌得主張家朗，廣東百米亞洲紀錄保持著蘇炳添及澳門的亞運武術長拳金牌得主李禕，涉水接最後一棒，寓意從南海過千米深處採集聖火，三人慢跑上台共同點燃主火炬。

內地歌手周深、單依純合唱開幕式主題歌《天海一心》後，歷時約90分鐘的開幕式圓滿結束。