Une analyse de l'œuvre est proposée par Vincenzo Buttino dans son livre Invito all'ascolto di Prokofiev publié en 2000 et par Piero Rattalino dans son livre Sergej Prokofiev. La vita, la poetica, lo stile publié en 2003.
La symphonie se déroule dans les quatre tempos canoniques, mais les mouvements lents ou modérés sont inversés par rapport à l'usage traditionnel[2].
Le premier mouvement, Andante , est construit sur la base de la forme sonate classique. Le premier thème présenté est calme et serein en si bémol majeur et soutenu dans la partie inférieure par une tonalité naturelle de mi qui, au lieu de contraster avec la principale, parvient à donner un ton plus majestueux à la partition[3]. Le second thème est plus animé et est énoncé par les cordes ; il est alors impliqué dans une section de développement élaborée de plus en plus excitée et propose parfois des références à la symphonie de Gustav Mahler[3]. Le thème principal est ensuite repris par un fortissimo et le mouvement se termine par une coda électrisante, soulignée par le roulement des tambours, le son des cymbales et les échos des coups de gong.
Le deuxième mouvement, Allegro marcato, est un scherzo avec trio qui contraste considérablement avec le tempo précédent et est le plus caractéristique de cette symphonie. On retrouve ici l'un des aspects particuliers de la musique de Prokofiev, l'ironique (ou le grotesque) qui transforme le ton serein et ample de la première partie en une moquerie sarcastique ; la partition devient une alternance continue d'idées, toujours accompagnée de l'ostinato des basses[3] ; on passe de la musique de fanfare à des motifs militaires soulignés par le rythme insistant des tambours, presque un lointain écho de guerre transfiguré de façon grotesque. Dans la partie centrale, le rythme rapide est ralenti pour permettre aux violoncelles, hautbois et clarinettes de dialoguer plus mélodiquement, accompagnés du glissando des violons ; le rythme reprend ensuite très vite jusqu'à la fin.
Dans le troisième mouvement, Adagio, l'excitation frénétique de l'Allegro laisse place à un temps lent et rêveur, empreint de nostalgie ; la pièce s'ouvre sur une mélodie de clarinettes accompagnée de cordes jouant des arabesques ; la douceur décontractée du début laisse progressivement place à des notes plus serrées qui atteignent des moments dramatiques exprimés par les notes basses de l'orchestre. L'intermède de morosité]se dissout et permet à la musique de revenir à une quiétude lyrique.
Le finale, Allegro playoso, commence par une lente introduction des violoncelles qui rappelle des éléments du premier thème de l'introduction Andante, puis se transforme en un rondo qui est lié à la joie ludique de la seconde moitié[3]. Le thème principal laisse place à deux épisodes plus calmes, l'un joué par la flûte, l'autre est un moment concertant des différentes parties de l'orchestre ; d'abord la musique a un ton tamisé puis prend vie et atteint un crescendo final.
« Elle couronne en quelque sorte toute une période de mon travail ; je l'ai pensée comme une œuvre glorifiant l'âme humaine. Dans la 5e Symphonie, j'ai voulu chanter l'homme libre et heureux, sa force, sa générosité et la pureté de son âme. Je ne peux pas dire que j'ai choisi ce thème : il est né en moi et devait s'exprimer[4]. » Le pianiste Sviatoslav Richter, dédicataire de la 9e sonate, trouve que la musique de Prokofiev est à son apogée dans la 5e symphonie. Prokofiev trouvait d'ailleurs qu'il s'agissait de sa meilleure œuvre[5].
