天坛的圜丘坛为露天三层圆形，象征天。古代把一、三、五、七、九单数称为“阳数”，又叫“天数”，而九则是阳数之极。所以，圆丘的层数、台面的直径、墁砌的石块、四周的栏板均用天数，表示天体至高至大。坛圆形三层，最高一层台面直径是九丈，名“一九”；中间一层十五丈，名“三五”；最下一层二十一丈，名“三七”。

圜丘坛，是皇帝冬至日祭天的地方，故又称“祭天台”、“拜天台”。始建于明嘉靖九年（1530年），按照南京式样建造，用蓝色琉璃砖砌成。清乾隆十四年（1749年）扩建，栏板、望柱改用汉白玉，坛面铺石用文叶青石。

第一层台面中央嵌一块圆形石板，叫“天心石”。站在天心石上高呼，回音很大，好似一呼百应。四周围绕有九重石块，第一圈是九块扇形板，为一重；第二四十八块，为第一圈的倍数，尔后依次按九的倍数递加，至第九圈为八十一块，称九重。每层四面有台阶，各九级。一层栏板七十二块，二层一百零八块，三层一百八十块，共三百六十块，正合周天三百六十度。

圜丘外面有两重谴墙，均为蓝琉璃筒瓦通脊顶，墙身涂朱。内墙是圆形，四面各有棂星门，都是六柱三门。内墙外面东南有燔柴炉一个、瘗坎一个、燎炉五个、西南有三个灯杆。

外墙是方形，在东、西门的左、右，各设一个燎炉。北门外是皇穹宇，东门外东北角有神库、神厨各五间，林亭一个，祭器库、乐器库、棕荐库各三间。又东有宰牲亭、林亭一个。

谴外内坛墙有四个门，东叫“泰元”，南叫“昭亨”，西叫“广利”，北叫“成贞”。昭亨门外东、西还各有一座石坊，由于祭天是在黎明前进行，灯竿高悬大灯笼，名曰“天灯”，用来照明。同时在各个燎炉焚烧松柏木、檀香木，香烟缭绕，火光可以照亮全坛，仪式非常隆重壮观。