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。

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。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。