天坛始建于明永乐十八年（1420年），嘉靖九年（1530年）设立四郊分祀制度，在天坛建圜丘坛专用来祭天。
嘉靖十三年（1534年）改称天坛。嘉靖十九年（1540年），又将原大祀殿改为大享殿。清廷入关后，一切仍按明朝旧制。
乾隆十二年（1747年），重建天坛内外墙垣，改土墙为城砖包砌，内坛墙建成悬檐走廊。经过改建的天坛内外坛墙更加厚重，周延十余里，成为极壮丽的景观。
明清时期
据史料记载，有正式祭祀天地的活动，可追溯到公元前两千年，尚处于奴隶制 社会 的夏朝。中国古代帝王自称“天子”，他们对天地非常崇敬。
天坛是明永乐十八年（1420年）仿南京形制建天地坛，合祭皇天后土，当时是在大祀殿行祭典。嘉靖九年（1530年）嘉靖皇帝听大臣言：“古者祀天于圜丘，祀地于方丘。
圜丘者，南郊地上之丘，丘圜而高，以象天也。方丘者，北郊泽中之丘，丘方而下，以象地也。”于是决定天地分祭，在大祀殿南建圜丘祭天，在北城安定门外另建方泽坛祭地。
嘉靖十三年（1534年）圜丘改名天坛，方泽改名地坛。大祀殿废弃后，改为祈谷坛。嘉靖十七年（1538年）祈谷坛被废，于十九年在坛上另建大享殿，二十四年建成。
清乾隆十六年（1751年）改名祈年殿。以后多次修缮、扩建。
近代破坏
1900年八国联军曾在天坛斋宫内设立司令部，在圜丘上架炮。文物、祭器被席卷而去，建筑、树木惨遭破坏。
现代保护
1949年中华人民共和国成立后，政府对天坛的文物古迹投入大量的资金，进行保护和维修。进行过多次修缮和大规模绿化，使古老的天坛更加壮丽。
公园占地200公顷，四面各有一门。园内有二百年以上的古柏二千五百多棵。还有百花园种植了大量的花卉。
1961年，国务院公布天坛为“全国重点文物保护单位”。1998年被联合国教科文组织确认为“世界文化遗产”。2007年5月8日，天坛公园经国家 旅游 局正式批准为国家5A级 旅游 景区。
2018年7月12日，天坛公园园长李高介绍，天坛公园将增加绿地面积近2万平方米，扩大对游人开放面积2.24公顷。
天坛地处原北京外城的东南部，故宫正南偏东，正阳门外东侧，是明、清朝两代帝王冬至日时祭皇天上帝和正月上新日行祈谷礼的地方。1998年作为文化遗产列入《世界遗产名录》。
天坛的主要建筑有祈年殿、皇穹宇、圜丘。天坛坛墙南方北圆，象征天圆地方。圜丘坛在南，祈谷坛在北，二坛同在一条南北轴线上，中间有墙相隔。
圜丘坛建造在南北纵轴上，内主要建筑有圜丘坛、皇穹宇等，祈谷坛内主要建筑有祈年殿、皇乾殿、祈年门等。祈年殿建于明永乐十八年（1420年），初名“大祀殿”，是一个矩形大殿，用“象天法地”的手法寓意四季、十二月、十二时辰以及周天星宿，是古代明堂式建筑仅存的一列，也是天坛的主要建筑。
圜丘坛、皇穹宇、祈谷坛是中轴线上三个主要建筑，连接这三座主建筑的是一长长地贯通南北的台基，叫丹陛桥，又叫神道或海墁大道。它长360米，宽29.4米，南端高1米，由南向北逐渐升至3米，象征着此道与天宫相接，皇帝由南至北步步升天。
丹陛桥中间是神道，左边是御道，右边是王道，皇帝走御道，王公大臣走王道，神走神道。桥下有东西向隧道，是祭祀前将牲畜送去屠宰的洞口。
斋宫位于天坛西天门南，坐西朝东，是皇帝来天坛祈谷、祈天前斋戒沐浴的地方。神乐署在圜丘坛西天门外西北，始建于明朝永乐十八年（1420年），是管理祭天时演奏古乐的机关，明代叫神乐观，乐舞官、舞生由道士担任。
天坛还有九龙柏、七星石、甘泉井、望灯、燔柴炉、瘗坎、燎炉和具服台等古迹。世界遗产委员会评价：天坛，建于15世纪上半叶，坐落在皇家园林当中，四周古松环抱，是保存完好的坛庙建筑群。
无论在整体布局还是单一建筑上，都反映出天地之间（即人神之间）的关系，而这一关系在中国古代宇宙观中占据着核心位置。同时，这些建筑还体现出帝王在这一关系中所起的独特作用。