天坛位于永定门内东侧，占地面积达270万平方米，是故宫面积的四倍，是我国现存最大的一处坛庙建筑。明永乐十八年（公元1420年）始建，初名天地坛，嘉靖十三年（公元1534年）改称现名。
天坛是封建帝王祭天的地方。整个建筑分内坛和外坛，有两重坛墙围隔，内坛集中了主要建筑，其平面北圆南方，象征“天圆地方”，环绕坛周半圆半方的围墙俗称天地墙。明朝永乐年间曾在这里合祭天地。后来在北郊另建地坛，这里才专门用来祭天。坛内建筑主要包括斋宫、祈年殿、皇穹宇、圜丘坛以及储存神牌的皇乾殿、祭祀时宰杀牲畜和制作祭品的神厨库和宰牲亭等。为了连接地和天，南北中心轴之间建有一条丹陛桥，桥中间稍凸出的路面称“神道”，是“神仙”的专用道；左为“御道”，专供皇帝行走；右为“王道”，是王公贵族和大臣将相的走道。
斋宫是皇帝到天坛祭天时斋戒、沐浴的地方，其坐西向东，四周筑有城墙，外面环绕着深池。建筑的中心是一座重檐垂脊的5间大殿，有汉白玉崇基石栏，殿内不用梁柱，又称无梁殿。在祭天前三天，皇帝不饮酒，不吃荤，不吊丧，不听音乐戏曲，也不接近后妃，独自一人在此居住。
祈年殿位于丹陛桥的北端，原名“天地坛”，最早是皇帝祭祀天地的地方，现在已经成为天坛的象征。殿内不用大梁长檩，由28根巨大木柱和相互衔接的枋、税、桷、闩支持，高大而沉重的三重檐建筑水平已达到巧夺天工的地步。殿内四根“龙井柱”代表一年四季，外层12根柱子表示子、丑、寅、卯等12个时辰，中层12根柱子象征12个月，内外檐柱相加共有24根，象征24个节气。殿的四周没有墙壁，全部为隔扇门，殿顶悬挂着相当精致美观的彩色图画。
圜丘坛坐落在天坛的南端，是皇帝们在冬至日祭天的地方，又称“祭天台”。根据“天圆地方”的说法，建为圆形。又因为天属阳性，因此坛面、台阶、栏杆所用的石块、栏板的数目和尺度，都用一、三、五、七、九等阳数（即奇数）和它们的倍数来计算确定。人们站在石坛上层的圆心上，只要小声地说话，就能听到很大的回音，这是因为音波传到圆围墙和石栏杆以后又迅速折射回来的缘故。
皇穹宇是存放圜丘祭祀神牌的场所。正殿圆形以象征天。东西各有5间配庑，存放圜丘配祀神牌。其正殿及东西配庑被一圆形的墙壁围着，由于内侧墙面光洁平整，声音可沿内弧传播，故又称回音壁。另外，在皇穹宇南台阶前还有3块回音石，能发出奇妙的回音。