Hlavním řídícím orgánem UNESCO je Generální konference, která se pravidelně schází každé dva roky. Generální konference má na starosti celkovou správu činností UNESCO obsahující mnohé kompetence, jako je schvalování programů, rozpočtu a výši příspěvků jednotlivých členů, tak i přijímání mezinárodních úmluv a doporučení. Generální konference na svých zasedáních přijímá rezoluce (resolution) či doporučení (recommendation). Každý členský stát je součástí Generální konference a má jeden hlas. Běžné rozhodování se uskutečňuje prostou většinou a pouze v nejvýznamnějších případech se rozhoduje dvoutřetinovou většinou (např. změna Ústavy). V čele Generální konference stojí předseda, který je volen na jedno dvouletí příslušného zasedání Generální konference. Předsedou 40. Generální konference , která se konala v Paříži ve dnech 12. - 27. 11. 2019, byl zvolen stálý delegát Turecka při UNESCO Altay Cengizer, který tuto funkci bude zastávat až do 41. Generální konference na podzim 2021.

Výkonná rada odpovídá za řádné plnění programu přijatého Generální konferencí. Výkonnou radu tvoří 58 členských zemí, jež jsou voleny Generální konferencí podle jednotlivých volebních skupin (I - západoevropská skupina + Kanada, II – středoevropská a východoevropská skupina, III - latinskoamerická a karibská skupina, IV - asijská a tichomořská skupina a V - africká skupina, která se dělí na podskupinu arabských států a afrických států). Výkonná rada na svých zasedáních, jež se konají zpravidla dvakrát ročně, přijímá rozhodnutí (decision).

Sekretariát UNESCO zaměstnává cca 1 450 mezinárodních úředníků ze 170 zemí světa, přičemž více než 500 z nich je zaměstnáno v 65 regionálních a národních úřadovnách (tzv. field offices) UNESCO, které se nacházejí zejména v nejméně rozvinutých zemích. V Evropě je field office jen v Benátkách, liaison offices jsou v Bruselu a v Ženevě. V čele Sekretariátu UNESCO stojí generální ředitel, kterého jmenuje Generální konference na čtyřleté funkční období. Prvním generálním ředitelem organizace byl v roce 1946 zvolen Julian Huxley (UK, vývojový biolog). V roce 2009 byla do funkce generální ředitelky zvolena historicky poprvé žena - bulharská kandidátka Irina Bokova, jejíž mandát byl v roce 2013 znovu obnoven s platností do roku 2017. V roce 2017 byla zvolena generální ředitelkou UNESCO bývalá ministryně kultury Francouzské republiky Audrey Azoulay, která od roku 2021 pokračuje ve výkonu svého druhého mandátu.