现今的天坛是清代的遗存，清代的天坛是从明代继承而来并加以修建完善的。同历代帝王最初立国时一样，为了表明自己统治的正统性，清代帝王在没有入关之前，就已经开始天地祀拜的礼仪。清皇太极天聪十年（1636年），仿照汉人的做法，在关外的盛京城郊（后纳入关城内）之南建圜丘坛，之东建方泽坛，并建女真人特有的祭祀建筑——堂子，在西南建社稷坛和雷雨坛，在东南建先农祠和藉田，并改元崇德。

清顺治入关以后，即在明代坛的基础上，在正阳门外南郊建圜丘坛，安定门外北郊建方泽坛。坛台周围设有栏楯，其栏楯的式样并不像现在所见的汉白玉栏杆的形式，而是在栏杆望柱上覆有青蓝色的琉璃饰件。仅从文献记录来看，已经可以看出，清初顺治年间建造的这座圜丘坛与明永乐年间建造的北京南郊圜丘，有着明显的不同。永乐圜丘为两重坛台，而顺治圜丘为三重坛台。永乐天坛是沿用了洪武大祀殿的形式，在坛台之上覆盖有屋顶，而顺治圜丘，则是沿用了嘉靖时分祀的格局，将圜丘坛独立了出来。

在顺治圜丘的坛台之外，围绕有壝墙，其内壝是圆形的。在内壝墙的四面设有四座门，每门都有三个出入口。在内壝墙内还有一个燔柴炉和一个瘗坎，是用于焚烧和瘗埋所祭献的牲口。在顺治圜丘坛的北面，设有南向布置的皇穹宇，这是一座圆形建筑。记载中的顺治皇穹宇是“重檐金顶”，这里的“金顶”应该仅仅是指在攒尖的宝顶部分做了鎏金的处理，与一般清式攒尖建筑的鎏金宝顶并无二致，而其殿顶应该仍然是覆盖了青琉璃瓦的，但是其“重檐”的做法却与今日尚存的皇穹宇大相径庭。

在皇穹宇前左右各有5开间的庑殿一座，殿前阶陛为7级。屋顶覆青色琉璃瓦。围绕着皇穹宇和庑殿的是一道圆形的围垣，围垣的周长为56.68丈。墙垣的高度为1.08丈。这恐怕就是今日的回音壁在清初时的情形。在墙垣的南侧开有三个门。在顺治圜丘坛外壝墙的北面，还有南向设置的各为5间的神库与神厨，以及井亭、祭器库、乐器库等附属建筑。外壝墙的东面也有一座井亭和一座宰牲亭。

在皇穹宇以北就是天坛的内垣墙，墙上正中设置有砖筑门一道，有三个门洞，其额为成贞门。成贞门左右的墙垣呈圆形的平面，并与方形的内垣墙相接，在方墙的东、西、南三个方向也设一门，东门为泰元，西门为广利，南门为昭亨。顺治时期的天坛，在成贞门以北，通过一道丹陛桥与之遥相对应的是大享殿。大享殿坐落在一座三重的坛台上，平面为圆形，南向布置。在殿基的四个方向均设阶陛，南北两个方向各为三出陛，东西两个方向是一出陛。与现今祈年殿台基的情形是一样的。在大享殿的前面对称布置有两重庑房，前面的庑房为9开间，后面的庑房为7开间。这与现今的东西仅各有一座9间庑房的格局差别很大。与大享殿相对设置的是大享门。在大享殿与大享门的周围有一道壝墙，在壝墙内东南隅布置有燔柴炉和瘗坎。墙的四面均开有门。穿过壝墙的北门是一座南向布置的5开间殿堂，称为皇乾殿，沿用了明嘉靖年间的名称，但其位置却已不是在原大祀殿的旧址，而是在后来的大享殿之北的位置上了。皇乾殿屋顶也覆盖以青琉璃瓦，殿前用了一个月台，月台的东、西和南面设有5个丹陛，各为9步阶级。这显然已经成为了大享殿后的一座附属性建筑物。在壝墙的东门外用了一个联檐通脊，有72间之多的长廊，廊子的北面紧邻一个包括有神库和井亭的院落，在其东北方向还有一个小院落，是宰牲亭。这与现存祈年殿周围附属建筑的情况大致相符。

按照《清史稿》记载，顺治时期的天坛，在成贞门的东北方向，同样也布置有一座斋宫。斋宫中的正殿为5开间，东向布置，殿阶基为三出陛，中间的一道为13步阶级，两侧的各为15步阶级。在殿前的左侧设有斋戒铜人，右侧设有时辰牌。在正殿的后面另有后殿一座，也是5开间。左右有配殿两座，各为3开间。

顺治时期，在天坛内宫墙西门广利门外的西北方向，建有一座朝东布置的神乐观，观中的主殿为凝禧殿，为5开间。正殿后是一座后殿，名为显佑殿，有7开间。后殿的西侧为一座南向布置的牺牲所。牺牲所之西是一座钟楼。从位置上看，顺治年间的神乐观与现存天坛的神乐署似乎还不在一个方位上。现存的神乐署位于内宫墙西天门的西南侧，而顺治时的神乐观却是在内宫墙西门广利门的西北侧。如果不是记载有误，那么就是这座附属建筑的位置及格局，曾在后世有所变动。

乾隆八年（1743年），曾整修斋宫，神乐观改名神乐所。乾隆十二年（1747年），修缮内、外垣墙，并对圜丘坛改筑。改筑的圜丘坛更强调以天数为基础的象征意义。此次改筑的圜丘坛，在尺寸上较顺治朝有了明显增大。乾隆二十年（1755年），神乐所又改名为神乐署，这个名字沿用至今。乾隆五十年（1785年），重建祈谷坛前的配殿，改变了原来的左右各9间前殿与各7间后殿平行布置的做法，仅留下左右各9间的两座配殿，使祈年殿壝垣以内的空间，较之以前更为疏朗、明快和宏敞。清代天坛的最后一次大规模修缮工程是在光绪年间。光绪十五年（1889年）八月丁酉日，天坛祈年殿被雷电击中，烧毁，到了同年的九月壬子日，就开始了重修祈年殿的工程，并将第二年即将在祈年殿举行的祈谷仪式，暂定在圜丘坛举行。按照《清史稿》的记载，重建的祈年殿，“营度仍循往制”。也就是说，它仍然保留了明代嘉靖年间初创时的建筑样式。