清乾隆十六年（1751年），乾隆帝降旨改大享殿为祈年殿，大享门为祈年门。

清乾隆十七年（1752年），修理圜丘、皇穹宇。祈年殿三覆檐上层青瓦、中层黄瓦、下层绿瓦及其祈年门、两庑、皇乾殿绿瓦均改为青色琉璃，其它仍照旧制盖覆绿瓦。

清光绪十五年（1889年），祈年殿毁于雷火。

清光绪十六年（1890年），祈年殿重建。

清光绪二十二年（1896年），祈年殿重建完工。

清光绪二十七年（1901年），八国联军攻占北京，英军在天坛驻扎，劫走多件文物。

清光绪三十三年（1907年），光绪帝在天坛祭天，为中国古代君王最后一次在天坛举行祭天仪式。

民国元年（1912年）3月，天坛由清朝典礼院移交中华民国北洋政府内务部礼俗司掌管，北洋政府筹备天坛对外开放相关事宜。

民国三年（1914年），袁世凯复辟帝制，祭奠天坛，天坛对外开放计划搁浅。

民国七年（1918年）1月1日，天坛对外开放，成立天坛公园。

民国二十四年（1935年）至民国二十六年（1937年），天坛公园大修。

民国二十六年（1937年），侵华日军攻占北平，天坛公园西南外坛被日军占据，天坛神乐署被改为对华细菌战的基地。

民国三十七年（1948年），近2000名流亡学生强占天坛公园，砸开库房任取器物，折砍树木用作燃料，天坛库房被抢空；同年12月，北平被人民解放军包围，国民政府在天坛公园内砍伐大量古树，修建天坛机场，试图通过机场与外界取得联络。

1949年1月，北平和平解放，人民解放军接管天坛公园，天坛未遭受较大破坏。

1951年，天坛公园被定位为“文化公园”，北京市人民政府组建天坛公园管理处。

1955年，天坛公园斋宫建电影院和剧场。

1958年，天坛公园内开办农场、林场，在园内种有高粱、白薯和黄豆等农作物。

1966年，“破四旧”时期，天坛公园将祈年殿等处匾额换成毛主席像，避免极左思想破坏天坛，使古建筑免于劫难。

1970年，天坛公园整修，时任北京市委常委的万里同志坐镇现场，力排“破掉一切封建”的主张，坚持按原样修缮天坛公园内的古建筑。

1976年，唐山大地震波及北京，天坛公园成为群众避难场所，约1.7万户6.5万户居民在天坛公园内安置。

1974年至1979年，天坛公园圜丘西北堆起修筑人防工程的弃土，高32米。

1985年，天坛公园斋宫剧场拆除，腾退商业店铺，开设展览。

1988年，天坛公园回音壁对外开放。

1990年4月，天坛公园祈年殿对外收费开放。

1992年，天坛公园圜丘坛内外24座损棂星门修复。

1993年，天坛公园圜丘望灯杆复建。

2018年7月12日，天坛公园增加绿地面积近2万平方米，扩大对游客开放面积2.24公顷。

天坛公园占地面积205公顷，由两重坛墙环护，分为内、外两坛。外坛墙周长6553米，南北相距1657米、东西相距1703米。内坛墙周长4152米，南北相距1283米、东西相距1025米。

天坛公园主要古建筑集中于内坛，内坛中间有东西向隔墙将内坛分隔为南、北两部分，隔墙中有门相通。内坛由圜丘、祈谷坛、斋宫三组古建筑群组成。祈谷坛位于内坛北部，圜丘坛位于内坛南部，斋宫位于内坛西部，一条长360米、宽28米、高2.5米的丹陛桥连缀圜丘坛和祈谷坛。内坛四周设有东天门、北天门、西天门、广利门、昭亨门、泰元门。

祈谷坛区域位于天坛内坛北侧，大门称祈年门，门北为坛。上层坛面正中建祈年殿，殿为蓝琉璃瓦三重檐攒尖顶圆形大殿，盛金宝顶，殿高38米。祈年殿之北还有皇乾殿，是祈谷坛奉祀神位的供奉所。祈谷坛东门外有神库、神厨宰牲亭及长廊等附属建筑。

圜丘坛区域占地面积44.66公顷，是举行祭天大典的场所，又称祭台、祭天台、拜天台。圜丘坛外围墙两重，内圆外方，红墙蓝瓦，四面各辟根棂星门。圜丘坛北为皇穹宇。皇穹宇由正圆形的围墙所包围，墙面平整光滑声波可由墙壁传递，俗称“回音壁”。斋宫区域占地面积4公顷，内有钟鼓楼、无梁殿、寝殿等，建筑均覆以绿色琉璃瓦，以示“上天之子”所居。

天坛公园外坛为林区，广植树木，外坛西部偏南有神乐署，是乐舞排练之所，俗称天坛道院。

天坛公园设计考究，从选位、规划、建筑设计等方面均依据中国古代《周易》中的阴阳、五行等学说，体现出了中国古人对“天”的认识。无论在整体布局还是单一建筑上，天坛公园里的建筑都反映出了天地之间的关系，而这一关系在中国古代宇宙观中占据着核心位置。同时，天坛公园内的建筑还体现出中国古代帝王将相在天地关系中所起的作用。

天坛公园两重环墙的南部为方形，象征地象，北部为圆形，象征天象，寓意“天圆地方”，此墙因此俗称“天地墙”。天坛公园主要建筑圜丘坛、祈年殿、皇穹宇都采用圆形平面，而祈年殿、圜丘坛的砖砌外墙则为方形，同样象征“天圆地方”。天坛公园的圜丘坛和祈谷坛同建在天坛内坛中，圜丘坛是举行“祀天大典”的地方，因此位于内坛南部，即天神所在的方位；祈谷坛是祈祷丰收的场所，因此位于内坛北部。

天坛公园祈年殿以圆形、蓝色象征天，殿内大柱及开间又分别寓意一年的四季、二十四节气、十二个月和一天的十二个时辰，以及象征天上的星座、恒星等，处处“象天法地”。

天坛公园有各种树木6万多株，更有3500多株古松柏和古槐，绿地面积达163万平方米。坛庙在中国古代被誉为国家的“万世不移”之基，故中国古代对坛庙植树较为重视。明永乐年间初建北京天地坛时即“树以松柏”取“尊而识之”的寓意，以后历朝陆续补植，至清代中叶形成具有一定规模的天坛古树群落。大量的古松柏分布于圜丘、祈年殿等祭祀建筑周围，古树与古建筑共同构成了天坛庄重肃穆、静谧深远的环境氛围。

天坛公园集古代哲学、历史、数学、力学、美学、生态学于一炉。在建筑设计和营造上集明、清两代建筑技术、艺术之大成。祈年殿、皇穹宇采用木制构件，圆形平面，为形体巨大、工艺精制、构思巧妙的殿宇。在生态学方面，天坛又以大面积树林和丰富的植被创造了“天人协和”的生态环境，是研究古代建筑艺术和生态环境的实物，具有较高的科学价值，是皇家祭坛建筑群中较为杰出的范例。天坛公园建筑轴线北部的构图中心祈年殿，体态雄伟，构架精巧，内部空间层层升高向中心聚拢，外部台基屋檐圆形层层收缩上举，既造成强烈的向上动感，又使人感到端庄、稳重。色彩对比强烈，而不失协调得体。使人步入坛内如踏祥云登临天界。天坛公园从总体到局部，均是古建佳作，是工艺精品，具有较高的艺术价值，是中华民族漫长的历史、思想、文化的遗迹和载体。天坛是物化了的古代哲学思想，有着较高的历史价值、科学价值和独特的艺术价值，更有着深刻的文化内涵。

天坛公园的圜丘坛是中国古代举行祭天礼仪的场所。中国古代祭天的历史可以追溯至远古时期。传说，黄帝时期就已经有祭天的行为，尧帝时“乃命羲和，钦若昊天”，祭天的仪式已经具有一定规模了。祭天是统治者的专有权利，《礼记•曲礼》即有“天子祭天地”的说法。正是由于祭祀被赋予了特殊的含义，与国家的政治生活有着密切相关的关系，因而被中国历史上历朝历代的君主奉行不辍，一直延续了两千多年，而祭天也成为了“国之大祀”。

中国古代有“冬至日，祭天于地上之圜丘”的制度，被后来中国历朝历代帝王所奉行。西汉中期以后及唐、宋诸朝皆将祭天的祭坛称为圜丘。在明代嘉靖帝之后至清代末年，天坛祭天的礼仪为“三献”（连续3次向皇天上帝牌位献酒）、行八佾舞（古代天子用的一种乐舞，规格为八行八列）、乐以九奏（古代行礼奏乐九曲）。每逢冬至日，皇帝会前往天坛圜丘坛，接过司爵官捧上的醴酒后，依次敬献于皇天上帝的神位前（清代配享设立列祖列宗牌位）。随后，礼乐声止，祝官宣读祭天祝文。皇帝再将第二爵醴酒献至上帝及祖宗神位前。坛中舞起，中和韶乐齐奏。皇帝第三次向皇天上帝与先人献酒之后，大礼完毕，皇帝行礼退下。执事者将香、帛、祝文从供案上撤去，送至燔柴炉与燎炉中焚烧。

祭天大典的前期准备较为复杂。祭祀前3个月，礼部和太常寺官员开始对用作献祭品的牛犊进行挑选。祭祀前40天，舞乐和执事人员开始赴天坛神乐署凝禧殿进行排演与走位，并于每月三、六、九日合练。祭祀前5日，钦定亲王会至牺牲所检查祭祀用牲畜，并于祭祀前一日到神厨（祭祀前陈设祭品的场所，设于祭坛旁）举行“视牲礼”。祭祀前3日，皇帝开始斋戒，紫禁城乾清门处设斋戒牌，各部官员也于各衙门施行斋戒。祭祀前两日，皇帝于太和殿审阅祭天祝文并检视香、玉、帛等祭品。祭祀前一日上午十时，大驾卤簿拥着皇帝由紫禁城出发前往天坛，文武百官于午门外跪送御驾。

天坛公园的祈谷坛是清代举行祈谷礼仪的场所，为清代新设立的礼仪，其规格、流程与祭天礼仪大致相同。定于每年正月上辛日举行。

天坛公园举行祭祀典礼时会演奏中和韵乐。中和韶乐源于中国古代雅乐，又名郊庙乐，是一种将礼、乐、歌、舞融为一体的典礼音乐。它是明清两朝举行祭祀、朝会及宴飨活动时所使用的音乐，也是中国古代最具典型意义的宫廷音乐，历史源远流长。

2008年，天坛公园的“天坛神乐署中和韶乐”被北京市文化局列为北京市级非物质文化遗产。

2022年3月3日，天坛公园祈年殿前举行北京冬残奥会火种汇集仪式，采集自英国曼德维尔和中国北京、张家口等九个点位的火种，在火种护卫的护送下来到了北京天坛公园。它们共同汇集生成北京2022年冬残奥官方火种。

2022年9月10日，天坛公园举行“遇见最美天坛之5G云赏月”第二季线上直播。

2023年2月25日，天坛公园开展“追忆雷锋精神六十载 不忘初心奋进新时代”——天坛公园纪念雷锋精神六十年讲堂活动。

天坛公园由北京市天坛公园管理处管理，下设有宣传科、园林科、基建科、资产科、遗产办公室、文创经营科等部门。

天坛公园是世界上现存规模最大、保存最完整的古代祭天建筑群。天坛有着较高的历史价值、科学价值和独特的艺术价值，更有着深刻的文化内涵。

天坛公园位于北京市东城区天坛内东里7号，西邻先农坛、永定门公园，北邻天桥、北京市大栅栏历史文化街区、前门大街、天安门广场、故宫，东邻龙潭湖公园。