明朝早期，永乐皇帝命风水师曾从政对即将迁都北平进行堪舆，并选址东南郊为祭天场地。北平破土动工，始建宫城、皇城、祭祀坛庙等建筑，其中蒯祥仿造南京形制，主持设计天地坛。

永乐十八年（1420年），北平紫禁城、天地坛、山川坛等落成。天地坛中含大祀殿、神乐署、斋宫、神厨等。春正月甲戌日，明成祖朱棣“大祀天地于南郊”，大祀殿迎来了第一次祭天活动。同年，明朝迁都北平，北平更名为北京。在此后的110年间，明朝有9位皇帝在此举行了102次天地合祀祭祀大典。

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。于是决定恢复天地分祀的旧制，在大祀殿南建圜丘祭天，在北城安定门外另建方泽坛祭地。后又分别命名四个郊坛为天坛、地坛、日坛、月坛。

明朝永乐皇帝修成的天地坛的平面图，出自《大明会典》。大祀殿是天地坛的主体建筑，为一矩形大殿，用于合祀天、地。可以算是后来祈谷坛内“祈年殿”的“前世”了。

嘉靖九年兴建的圜丘坛。当时的圜丘坛外为方形围墙，西、南墙外有条御路。南御路的西端有座二柱的石牌坊，为西牌坊。西牌坊之后即为神路。皇帝祭天时须经西牌坊，行神路至昭亨门北折，进入天坛。嘉靖十一年增建崇雩坛，东牌坊则成为崇雩坛前的神路坊。因当时天坛尚无外坛墙，这条神路位于坛外，名“圜丘坛街”，符合路在坛外之制。嘉靖二十四年建外坛墙，这条神路进入坛内，从此不再被称为“街”，两座石牌坊则保存至1948年底，在内外坛间修筑临时机场时被拆除。

嘉靖十一年（1532年），根据唐代杜佑在《通典》中记述的“巳月雩五方上帝，其坛名雩，禜于南郊之傍”的古代祈雨礼仪，嘉靖皇帝在天坛圜丘坛墙外的东南角，泰元门外建了一座崇雩坛，是一座祈免水旱灾害的祭坛。

《春明梦余录》载：“泰元门东有崇雩坛，为制一成，东为神库，嘉靖中时以孟夏后（四月）祭天祷雨。”

嘉靖帝祈雨时须走神路。路过昭亨门时，为表示对天的尊重，要下辇。过了昭亨门再上辇，经东牌坊，行神路，进崇雩门，下辇。祈雨礼仪结束后经泰元门回宫。崇雩坛只在嘉靖十七年和二十二年祭过两次，后来的皇帝不再使用。祈雨改为在圜丘举行，也祭皇天上帝。清乾隆十二年（1747年），崇雩坛被拆除。

如今，泰元门内还可以看到供奉五方上帝牌位的神库大殿的石柱础。五方上帝，即东方青帝(伏羲氏)、南方炎帝(神农氏)、中央黄帝(轩辕氏)、西方白帝(少昊)、北方黑帝(颛顼，也称玄帝)，为人格化的五位上帝。