現今的天壇是清代的遺存，清代的天壇是從明代繼承而來並加以修建完善的。同歷代帝王最初立國時一樣，為了表明自己統治的正統性，清代帝王在沒有入關之前，就已經開始天地祀拜的禮儀。清皇太極天聰十年（1636年），仿照漢人的做法，在關外的盛京城郊（後納入關城內）之南建圜丘壇，之東建方澤壇，並建女真人特有的祭祀建築——堂子，在西南建社稷壇和雷雨壇，在東南建先農祠和藉田，並改元崇德。

清順治入關以後，即在明代壇的基礎上，在正陽門外南郊建圜丘壇，安定門外北郊建方澤壇。壇台周圍設有欄楯，其欄楯的式樣並不像現在所見的漢白玉欄杆的形式，而是在欄杆望柱上覆有青藍色的琉璃飾件。僅從文獻記錄來看，已經可以看出，清初順治年間建造的這座圜丘壇與明永樂年間建造的北京南郊圜丘，有着明顯的不同。永樂圜丘為兩重壇台，而順治圜丘為三重壇台。永樂天壇是沿用了洪武大祀殿的形式，在壇台之上覆蓋有屋頂，而順治圜丘，則是沿用了嘉靖時分祀的格局，將圜丘壇獨立了出來。

在順治圜丘的壇台之外，圍繞有壝牆，其內壝是圓形的。在內壝牆的四面設有四座門，每門都有三個出入口。在內壝牆內還有一個燔柴爐和一個瘞坎，是用於焚燒和瘞埋所祭獻的牲口。在順治圜丘壇的北面，設有南向布置的皇穹宇，這是一座圓形建築。記載中的順治皇穹宇是「重簷金頂」，這裏的「金頂」應該僅僅是指在攢尖的寶頂部分做了鎏金的處理，與一般清式攢尖建築的鎏金寶頂並無二致，而其殿頂應該仍然是覆蓋了青琉璃瓦的，但是其「重簷」的做法卻與今日尚存的皇穹宇大相徑庭。

在皇穹宇前左右各有5開間的廡殿一座，殿前階陛為7級。屋頂覆青色琉璃瓦。圍繞着皇穹宇和廡殿的是一道圓形的圍垣，圍垣的周長為56.68丈。牆垣的高度為1.08丈。這恐怕就是今日的回音壁在清初時的情形。在牆垣的南側開有三個門。在順治圜丘壇外壝牆的北面，還有南向設置的各為5間的神庫與神廚，以及井亭、祭器庫、樂器庫等附屬建築。外壝牆的東面也有一座井亭和一座宰牲亭。

在皇穹宇以北就是天壇的內垣牆，牆上正中設置有磚築門一道，有三個門洞，其額為成貞門。成貞門左右的牆垣呈圓形的平面，並與方形的內垣牆相接，在方牆的東、西、南三個方向也設一門，東門為泰元，西門為廣利，南門為昭亨。順治時期的天壇，在成貞門以北，通過一道丹陛橋與之遙相對應的是大享殿。大享殿坐落在一座三重的壇台上，平面為圓形，南向布置。在殿基的四個方向均設階陛，南北兩個方向各為三出陛，東西兩個方向是一出陛。與現今祈年殿台基的情形是一樣的。在大享殿的前面對稱布置有兩重廡房，前面的廡房為9開間，後面的廡房為7開間。這與現今的東西僅各有一座9間廡房的格局差別很大。與大享殿相對設置的是大享門。在大享殿與大享門的周圍有一道壝牆，在壝牆內東南隅布置有燔柴爐和瘞坎。牆的四面均開有門。穿過壝牆的北門是一座南向布置的5開間殿堂，稱為皇乾殿，沿用了明嘉靖年間的名稱，但其位置卻已不是在原大祀殿的舊址，而是在後來的大享殿之北的位置上了。皇乾殿屋頂也覆蓋以青琉璃瓦，殿前用了一個月台，月台的東、西和南面設有5個丹陛，各為9步階級。這顯然已經成為了大享殿後的一座附屬性建築物。在壝牆的東門外用了一個聯簷通脊，有72間之多的長廊，廊子的北面緊鄰一個包括有神庫和井亭的院落，在其東北方向還有一個小院落，是宰牲亭。這與現存祈年殿周圍附屬建築的情況大致相符。

按照《清史稿》記載，順治時期的天壇，在成貞門的東北方向，同樣也布置有一座齋宮。齋宮中的正殿為5開間，東向布置，殿階基為三出陛，中間的一道為13步階級，兩側的各為15步階級。在殿前的左側設有齋戒銅人，右側設有時辰牌。在正殿的後面另有後殿一座，也是5開間。左右有配殿兩座，各為3開間。

順治時期，在天壇內宮牆西門廣利門外的西北方向，建有一座朝東布置的神樂觀，觀中的主殿為凝禧殿，為5開間。正殿後是一座後殿，名為顯佑殿，有7開間。後殿的西側為一座南向布置的犧牲所。犧牲所之西是一座鐘樓。從位置上看，順治年間的神樂觀與現存天壇的神樂署似乎還不在一個方位上。現存的神樂署位於內宮牆西天門的西南側，而順治時的神樂觀卻是在內宮牆西門廣利門的西北側。如果不是記載有誤，那麼就是這座附屬建築的位置及格局，曾在後世有所變動。

乾隆八年（1743年），曾整修齋宮，神樂觀改名神樂所。乾隆十二年（1747年），修繕內、外垣牆，並對圜丘壇改築。改築的圜丘壇更強調以天數為基礎的象徵意義。此次改築的圜丘壇，在尺寸上較順治朝有了明顯增大。乾隆二十年（1755年），神樂所又改名為神樂署，這個名字沿用至今。乾隆五十年（1785年），重建祈穀壇前的配殿，改變了原來的左右各9間前殿與各7間後殿平行布置的做法，僅留下左右各9間的兩座配殿，使祈年殿壝垣以內的空間，較之以前更為疏朗、明快和宏敞。清代天壇的最後一次大規模修繕工程是在光緒年間。光緒十五年（1889年）八月丁酉日，天壇祈年殿被雷電擊中，燒毀，到了同年的九月壬子日，就開始了重修祈年殿的工程，並將第二年即將在祈年殿舉行的祈穀儀式，暫定在圜丘壇舉行。按照《清史稿》的記載，重建的祈年殿，「營度仍循往制」。也就是說，它仍然保留了明代嘉靖年間初創時的建築樣式。