圜丘坛建成后，先后有15位皇帝来此祭天，总计达219次。祭天作为一项最重大的祭祀活动，集中体现了中国古代敬天法祖的传统文化理念。而圜丘坛这座圣洁崇高的古典建筑，把中国传统的宇宙观、天命观以及天人感应、天人合一的思想融为一体，堪称中国祭祀建筑的典范。
北京天坛是著名的世界文化遗产，也是当今世界上最大的祭天建筑群。天坛的主要建筑被一条南北向轴线串联起来，庄严肃穆、蔚为壮观。其中，南边是圜丘坛建筑群，北边是祈谷坛建筑群。圜丘坛为祭天的场所，也称祭天坛。明清两朝皇帝多次在这里举行祭天大典，以感谢天神滋润大地、哺育万物的恩情，祈求天下风调雨顺、丰衣足食。
天坛之“名”
祭天源于远古时期先民对大自然的崇拜。他们惊诧于电闪雷鸣、雨雪风暴等自然现象，以为是天上的神秘力量在作祟，从而萌生出对上天的敬畏。古人认为天为圆形，故将天称作“圜”，并建造圜丘用以祭天。《礼记》就有“冬至日，祭天于地上之圜丘”的记载。这一祭天制度为后来历代帝王所奉行。
大定十一年（1171 年），金世宗遵照中原古制，在中都丰宜门外，位于宫城的东南方位建圜丘。大德十年（1306 年），元成宗在大都城丽正门东南七里建圜丘。永乐十八年（1420 年），明成祖朱棣仿照南京大祀殿规制，在北京南郊建天地坛。天地坛的主体建筑是以圜丘为台基的大祀殿，用于合祀天地。
嘉靖九年（1530 年），明世宗朱厚熜采用朝臣夏言的建议，恢复天地分祀的礼制，在大祀殿南建圜丘坛以祭天，在北城安定门外建方泽坛以祭地。圜丘坛建成后，因专用于祭天，被赐名为“天坛”。圜丘坛的主体建筑圜丘位于原天地坛的南侧。圜丘为南向三层圆台，四面均有出陛，每个出陛各有九级台阶，周围栏板、栏柱均为青色琉璃。
圜丘北侧建有泰神殿，为平时供奉皇天上帝和列祖列宗牌位的殿宇。明嘉靖十七年（1538 年），方形的泰神殿被改建为圆形的皇穹宇，更加突出“圆以象天”的特征。皇穹宇为重檐攒尖顶殿宇，殿顶覆以绿色琉璃瓦，设左右配殿。皇穹宇相对于泰神殿有所北移，占据圜丘坛北门的位置。圜丘坛北门也北移重建，两侧新建弧墙以连接原有的东西向直墙，使圜丘坛北墙呈现出独特的帽形轮廓。
圜丘坛
圜丘坛分别在东南西北方向建有四座天门，依次为泰元门、昭亨门、广利门、成贞门，又称东天门、南天门、西天门、北天门。其中“元、亨、利、贞”四字出自《易经》乾卦，不仅象征春夏秋冬四季，又代表着上天具有元始、亨通、和谐、中正“四德”。
奇妙之“数”
顺治元年（1644 年），清世祖定鼎中原，以北京为国都，亲自告祀于圜丘后即帝位，并规定每年冬至日大祀天神于圜丘。此后，清朝历代皇帝均奉行这一礼制。清高宗即位后，要求祭天礼仪悉循古制，对不合古制的予以更改，并大兴土木，改建坛庙。乾隆十五年（1750 年），清高宗下旨扩建圜丘，三年后工程竣工。重建后的圜丘将《易经》中象征阳性的“天数”融入其中，可谓匠心独运。
古人认为，上天为阳，大地为阴；奇数为阳，偶数为阴。因九为阳数中的最大之数，既象征天高九重，又寓意皇权至高无上，故用九或九的倍数设计和营建圜丘。营造工匠采用鸳鸯尺的丈量方法，巧妙解决了“天数”问题。所谓鸳鸯尺，即混合使用古尺和今尺。古尺指周代的周尺，又有小尺和大尺之分，一小尺约为15.8厘米，一大尺约为23.1厘米，建筑工匠用大尺；今尺指当时的营造尺，一尺约为32厘米。
扩建的圜丘为三层圆形须弥座石坛。坛面中心为一块圆形艾叶青石，名天心石。环绕天心石的三层坛面，由外而内层层收缩，蕴含着宇宙万物的循环往复、生生不息。上层坛面直径为古尺9丈，中层坛面直径为古尺15丈，下层坛面直径为古尺21丈，直径总和为45丈，正好暗合“九五之尊”之意。
每层坛面由九重扇形艾叶青石板铺墁，每重石板数为9的倍数。上层坛面石板数，第一重为9块，第二重为18块，依次递增，第九重为81块，共计405块；中层坛面石板数，第一重为90块，第二重为99块，依次递增，第九重为162块，共计1134块；下层坛面石板数，第一重为171块，第二重为180块，依次递增，第九重为243块，共计1863块。三层坛面石板共计3402块。不仅如此，整个坛面的石板数也都是9的倍数。
每层坛的东西南北四方均有出陛，每个出陛各有九级台阶。出陛两侧为汉白玉栏板，饰有龙形雕饰，望柱柱头雕以盘龙，出水饰有螭首；白石须弥座上有束腰石雕，饰有雷纹、唐草纹等。栏板数量也是9的倍数，上层每面18块，四面共72块；中层每面27块，四面共108块；下层每面45块，四面共180块。上中下三层栏板数量总计360块，正合一周天 360 度。圜丘的围墙被称作“壝”，分内外两重，内圆外方，寓意天圆地方。内外壝墙东西南北四面各设有三座白石棂星门。棂星门均为方柱石门框，横以石额，上部饰以云板，下部嵌有抱鼓石，外观端庄古朴，有“云门玉立”之称。
同时改建的还有圜丘北侧的皇穹宇。皇穹宇为圆形单檐攒尖建筑，镏金宝顶，高八丈一尺。殿内穹隆圆顶，三层镏金斗拱层层上叠，天花层层收缩，形成藻井；檐柱、金柱各八根，呈环形排列；正中宝座供奉“皇天上帝”牌位，座前设九级木阶梯，后护有金龙屏风，宝座下面石须弥座前有九级石阶。皇穹宇院内所有建筑顶部琉璃瓦由绿色改为青色，象征至高无上的青天。皇穹宇四周建有高一丈八尺、内径九丈七尺五寸的砖砌圆形围墙。
神奇之“音”
中国工匠高超的建筑艺术，不仅使圜丘坛与“天数”浑然一体，更为奇妙的是它独特的声学效果，宛若一层朦胧的面纱，为天坛营造出几分神秘的氛围。
举行祭天大典时，站在天心石上向皇天上帝诵读祝词，会产生共鸣效果，仿佛声音能直达天庭。传说皇帝在此祈求皇天上帝护佑时，庶民百姓跟随于身后，对于皇天上帝发出的旨意，皇帝、大臣和庶民百姓都必须服从，因此天心石又得名“亿兆景从石”。其实，这种共鸣是一种声学现象。因为坛面光滑，从天心石发出的声波传到四周的石栏后，被迅速反射回来，原音和回声交织在一起，形成一呼百应的奇妙现象。
皇穹宇的圆形围墙，是产生奇妙声学现象的回音壁。它用山东临清的“澄浆砖”砌筑而成，墙面光洁平滑，圆弧弧度十分规则，能产生良好的声音反射。只要两人分别在皇穹宇东、西配殿后贴墙而立，一人向北说话，声波就会沿着墙壁连续反射，传递至一二百米的另一端，即使说话声音很小，对方也可清楚听到，且声音悠长、妙趣横生。
三音石是皇穹宇的又一处景致。它是皇穹宇丹陛前的第三块石板，人站在上面拍一下掌可听到三声回响，故得名三音石。因为这块石板恰好位于回音壁的圆心位置，声音从这里发出后，向四周传播，遇到围墙又反射回来，形成多次回声。如果将皇穹宇殿门敞开，当殿门到殿内正中的神龛之间没有任何障碍物时，站在三音石朝皇穹宇殿内说话，洪亮的回声会从皇穹宇传出殿外，形成“人间私语天闻若雷”的效果。时人把这种现象神秘化，将皇穹宇丹陛前的三块石板依次命名为天石、地石、人石，认为只有站在人石上说话上天才能听到。其实，这是声音进入皇穹宇后在圆形的殿壁之间反射共鸣的结果。
圜丘坛建成后，先后有15位皇帝来此祭天，总计达219次。祭天作为一项最重大的祭祀活动，集中体现了中国古代敬天法祖的传统文化理念。而圜丘坛这座圣洁崇高的古典建筑，把中国传统的宇宙观、天命观以及天人感应、天人合一的思想融为一体，堪称中国祭祀建筑的典范。
