祈年殿是天壇的主體建築，又稱祈谷殿，是明清兩代皇帝孟春祈谷之所。它是一座鎦金寶頂、藍瓦紅柱、金碧輝煌的彩繪三層重簷圓形大殿。祈年殿採用的是上殿下屋的構造形式。大殿建於高6米的白石雕欄環繞的三層漢白玉圓臺上，即為祈谷壇，頗有拔地擎天之勢，壯觀恢弘。祈年殿為磚木結構，殿高38米，直徑32米，三層重簷向上逐層收縮作傘狀。建築獨特，無大梁長檁及鐵釘，二十八根楠木巨柱環繞排列，支撐著殿頂的重量。祈年殿是按照“敬天禮神”的思想設計的，殿為圓形，象徵天圓；瓦為藍色，象徵藍天。

祈年殿的內部結構比較獨特：不用大梁和長檁，僅用楠木柱和枋桷相互銜接支撐屋頂。殿內柱子的數目，據說也是按照天象建立起來的。內圍的四根“龍井柱”象徵一年四季春、夏、秋、冬；中圍的十二根“金柱”象徵一年十二個月；外圍的十二根“簷柱”象徵一天十二個時辰。中層和外層相加的二十四根，象徵一年二十四個節氣。三層總共二十八根象徵天上二十八星宿。再加上柱頂端的八根銅柱，總共三十六根，象徵三十六天罡。殿內地板的正中是一塊圓形大理石，帶有天然的龍鳳花紋，與殿頂的蟠龍藻井和四周彩繪金描的龍鳳和璽圖案相六寶頂下的雷公柱則象徵皇帝的“一統天下”。祈年殿的藻井是由兩層斗栱及一層天花組成，中間為金色龍鳳浮雕，結構精巧，富麗華貴。互呼應，使整座殿堂顯得十分富麗堂皇。

祈年殿的殿座就是圓形的祈谷壇，三層6米高，氣勢巍峨。壇周有矮牆一重，東南角設燔柴爐、瘞坎、燎爐和具服臺。壇北有皇幹殿，面闊五間，原先放置祖先神牌，後來牌位移至太廟。壇邊還有祈年門、神庫、神廚、宰牲亭、走牲路和長廊等附屬建築。長廊南面的廣場上有七星石，是嘉靖年間放置的鎮石。