天壇建造於明代成祖永樂十八年（1420年），初建時的名稱是「天地壇」。直到明代嘉靖九年（1530年），又在北京城的北郊專門建立了祭祀後土之神的地壇，並將「天地壇」改名為「天壇」之後，這裏就成為明清兩代帝王專為祭祀上天和祈求豐收而齋戒禮拜的神聖場所。

天壇是包括祈年殿、皇穹宇與圜丘壇在內的整個天壇建築群的總稱謂。祈年殿的平面呈圓形，直徑32米，高度38米，外觀為三重圓形屋簷，頂層屋簷為圓形攢尖屋頂，其上覆以鎏金寶頂，每重簷均用碧藍色琉璃瓦覆蓋。大殿內屋頂天花用了九龍藻井，造型極其精美與富麗。這座大殿的結構十分獨特，因為是圓形的結構，因而沒有矩形平面大殿中通常不可少的橫向的大樑與縱向的桁（檁）條，主要的額枋都採用了彎曲的形式。

大殿內外的柱子分布，既是結構中不可或缺的構件，也是建築藝術中恰到好處的象徵性符號，分別代表了一年四季、十二月和十二時辰，以及二十四節氣。整座大殿坐落於一個高達6米的三層漢白玉石台基上，橫向舒展的白色台基與豎直方向矗立的三重簷大殿，在碧藍的天空與周圍蒼松綠柏的映襯下，顯得高貴、優雅和舒展。

現存的圜丘壇是乾隆年間的遺物，是一座圓形的三層壇台，在東西南北四個正方向上出踏階，每層每面踏部均為九級。壇台的尺寸，按照乾隆年建造記錄，上層9丈（28.8米），中層15丈（48米），底層21丈（67.2米）。如果將由丹陛橋聯繫起來的皇乾殿到圜丘壇的建築布局，看作是天壇建築群中最為核心的建築軸線，那麼，在這條軸線上有兩座建築物使用了圓形攢尖屋頂。一座是祈年殿，另外一座就是與之遙遙相對的皇穹宇。

天壇建築群兩座圓形屋頂殿堂中，皇穹宇的變化最大，它最初的形式是一座重簷圓頂殿堂，清代乾隆年間改建成為現今熟悉的單簷圓頂形式。在整體空間藝術效果上，這一改建十分成功。此外，環繞皇穹宇而建的回音壁對於中國人來說印象很深。然而，回音壁這個名稱顯然不是明清時的古名。其真實的名稱應該是皇穹宇的圓形圍垣。

在祈穀壇與祈年殿、皇穹宇、圜丘壇等這些主要建築物，及其附屬配殿及閘殿之外，還有一些功能性的附屬建築，包括皇乾殿、神廚、神庫、宰牲亭、齋宮、神樂署、犧牲所及具服台。

有關天壇的傳說不少，大致可分為五類，包括建壇傳說、景物傳說、天壇故事、壇根兒傳說、人物傳說，令天壇增添了一層神秘色彩。天壇是人神交通的神聖場所，其交通人神的精神性功能通過天壇特有的建築與空間藝術而達致。當然，對於現今的中國人來說，天壇還具有特殊的象徵意義，天壇祈年殿成為中國古代建築的象徵，出現在各種書報、雜誌等媒體中，因而也成為了中國傳統文化的象徵。