祈年殿位于丹陛桥的北端。这一组主体建筑总体布局是院落式的，位于院子南北中轴线偏北处。院子呈长方形，四周有围墙，东西有门，对称设置，南侧为主门，即祈年门，北面设皇乾殿。在院子的东南角，设有瘗坎、燔柴炉等，均为祭天时所用之物。进入祈年门，左右两边对称地设置廊庑。向北正中即祈年殿。
祈年殿建在三层汉白玉台基之上，每层石台栏杆分别刻有龙、凤、云等图案。石台中央即祈年殿，这是一座三重檐圆攒尖式屋顶的建筑。平面直径26米，总高38米。三层圆顶用青色琉璃瓦铺面，逐层向上，象征天，形成很和谐的建筑外轮廓。如果从祈年门内院子南端望祈年殿，视线仰角约26度，这正是观看祈年殿的最佳视角，建筑形象最为动人。古代建此殿时虽未必从这样的美学角度出发，但建成后有此效果，这说明我国古代建筑的形式美多出于经验。中国古代的建筑美的追求，是从观念、象征出发的。相传明代建此殿时屋顶用三种颜色的琉璃瓦：上为蓝色，象征天；中为黄色，象征土、大地；下为绿，象征草地、林木。清代乾隆年间此殿大修，改为三层屋顶全部是蓝色琉璃瓦，则形式更统一，简洁不杂。
大殿以十二根檐柱支托下层屋檐表示十二个时辰；十二根外金柱支托中层圆顶表示十二个月；檐柱和外金柱共二十四根，表示二十四个节气；四根盘龙金柱支托上层圆顶表示一年四季。柱子层层向上，结构奇妙，额枋、斗拱等部件均绘绚丽的彩画，富丽而又庄重。上层圆顶部分，先在四根盘龙金柱上作四方形梁架，再在抹角梁处设童柱、梁架，然后在上置弯曲的檩枋垫板，铺上椽板、筒瓦，形成圆攒尖屋顶。藻井正中呈一圆井，里面刻满龙凤图案。大殿周围设格扇门，中间放一长案，一把皇座，一架围屏，内放神祇牌位，东首设两套屏风、大椅、长桌，供奉帝王先祖，西首围屏前有硬木宝座，上刻精美的图案、山水、人物、建筑等。这里是帝王祭天时休息的地方。