自明朝永樂18年第一次在大祀殿舉行天地合祀大典，至清朝光緒33年最後一次在天壇舉行祭天典禮，一共22位皇帝在天壇舉行過祭天典禮。
明初祭天地在一個地方，即天地合祀，每年正月合祀天地日月諸神於大祀殿。明世宗朱厚熜於1530年改合祀為分祀，增建圜丘壇，以冬至日在圜丘壇祭天，定祭天禮儀為三獻，樂以九奏，舞以八佾。
祭祀前三個月，官員選祭祀用的動物，如牛犢
祭祀前40天，樂舞在天壇神樂署演練
祭祀前5天，皇帝欽定親王到犧牲所查看牲只。前1天，在神廚舉行“視牲禮”
祭祀前3天，皇帝齋戒
皇帝齋戒同時，各部官員也要齋戒
祭祀前2天，皇帝查閱祝文，查看祭品
祭祀前1天，皇帝離開紫禁城前往天壇
皇帝到天壇昭亨門，至皇穹宇，向皇天上帝和祖宗牌位進香恭拜
上香後，皇帝到天壇齋宮齋戒
祭祀前夜半子時，望燈杆上祭祀燈點亮
祭祀當日日出前七刻，時辰奏摺呈達皇帝
皇帝穿祭服、出齋宮、至祭壇
皇帝出齋宮時，鐘樓鳴鐘，百官就位，各司其職
鐘樓鳴鐘同時，燔柴爐燃火
鳴鐘後，皇天上帝和祖宗牌位送至祭壇
皇帝到具服臺等候並金盆盥手
皇帝在圜丘壇二層正南位置等候大典開始
祭天大典第一項儀程：贊引官唱贊“燔柴迎帝神”
一整隻牛犢放在燔柴爐上焚燒
祭祀動物的毛血埋入瘞坎
唱樂官唱“樂奏始平之章”
皇帝上香行禮
祭天大典第二項儀程：皇帝敬獻蒼壁
皇帝敬獻制帛
祭天大典第三項儀程：燒湯官向俎牛身上澆灌熱湯
祭天大典第四項儀程：皇帝向皇天上帝牌位敬酒
讀祝官宣讀祭文
祭天大典第五項儀程：皇帝向皇天上帝和祖宗依次敬酒
祭天大典第六項儀程：皇帝第三次向皇天上帝和祖宗依次敬酒
祭天大典第七項儀程：皇帝行禮後退下，祭品從壇上撤下
祭天大典第八項儀程：撤下的祭品送至燔柴爐和燎爐焚燒以敬獻
祭天大典第九項儀程：皇帝行注視禮
祭天禮畢，皇帝返回紫禁城
第二天於天安門版詔，宣佈祭天大典禮成。