最隆重的祭祀是祭天。皇帝例于每年冬至祭天；皇帝登位也例须祭告天地，表示“受命于天”。祭天起源很早，《周礼。大司乐》云：“冬至日祀天于地上之圜丘”；但是采取周制祭天，其实是很晚以后魏晋时的事。

北京天坛建于明永乐十八年（1420年），与故宫同时修建，位于北京城的南端。明初都南京，实行天地合祭，建大祀殿，而不是露祭，这是不合于古制的。明迁都北京，仍建合祭大祀殿；但南京大祀殿为矩形平面，北京则为圆形。天坛面积约270平方米，分为内坛和外坛两部分，主要建筑物都在内坛。南有圜丘坛、皇穹宇，北有祈年殿、皇乾殿，由一座高2米半、宽28米、长360米的甬道，把这两组建筑连接起来。

大祀殿初为三重檐，上檐青色表示天，中檐黄色表示地，下檐绿色表示万物。嘉靖时，改大祀殿称祈谷坛，降为雩祭（求雨、求丰年）之所，另设圜丘为祭天之坛，形成今天所见的平面布置。在城北增设地坛，实行天地分祭。嘉靖时，并建朝日坛及夕月坛分别位于北京东郊和西郊。清乾隆时，改建天坛，加大圜丘尺寸，重新雕琢全部地面、台基、栏干石作；祈谷坛易名祈年殿，三重檐不同色改为一律青色。这一改使祈年殿获得纯净统一的色调，更为庄重鲜明。现存祈年殿是雷火焚毁后于光绪十六年（1890年）重建，殿高38米，是一座有鎏金宝顶的三重檐的圆形大殿。大殿的全部重量都依靠28根巨大的楠木柱支撑着。殿内地面正中，是一块圆形大理石，上面有天然的龙凤花纹，与殿顶中央的盘龙藻井遥遥相对。

皇穹宇原是放置皇天上帝牌位的地方，高19米多，直径15.6米。结构与祈年殿基本相同，是单檐蓝瓦，殿顶也有鎏金宝顶，殿下也有台基和汉白玉的栏杆。在皇穹宇的外面，有一道圆形磨砖对缝的围墙，门向南开，这就是回音壁。

圜丘是一座露天的三层圆形石坛，石坛每层周围都有汉白玉栏杆和栏板。坛面、台阶、栏杆所用石块全是九的倍数，据说，这是象征九重天。