明代皇帝到圜丘祭天，要手执一种上尖下方的称为"圭"的玉质礼器，。
天子在祭祀前两天，要去查看祭祀所用的牺牲和器皿。祭祀前一天，有关部门把祭祀用的一切物品都要陈设停当。
神位正中为皇天上帝，两侧配亨祖先以及日、月、星、辰、风、雨、雷、电诸神，神位前摆放登、笾、豆、簋、尊、爵等礼器，分别盛有各种祭食。
祭天仪式从冬至日拂晓开始，因为从冬至这天夜里阳气开始逐渐增强，而阳气促使万物滋生繁衍。由于仪式在拂晓举行，所以天坛圜丘坛内墙外面西南方向有灯杆，上面悬挂大灯笼，叫做天灯，照得坛内通明。
皇帝从斋宫坐车来到事先搭好的大帷幕内更换衮冕，然后就位。整个仪式在赞礼官的指挥下进行。祭天大典分为迎神、奠玉帛、进俎、行初献礼、行亚献礼、行终献礼、撒豆、送神、望燎九项程序，直至祭品焚完才算结束。
祭祀过程中，皇帝要率领文武百官不断跪拜行礼。赞礼官高声唱和，人们随之做相应的动作。在赞礼官的唱和下，《中和之曲》奏响，然后郊社令把燎坛上的柴草点燃，焚烧牺牲，随着烟雾飘飘而起，祭品也就意味着送到了上天那里。
皇帝行完拜礼后，走到盥洗位把手里的圭插在腰间，先净手，拿出圭，走上祭坛。《肃和之曲》随之奏响，皇帝跪在皇天上帝的神位前，再搢圭，三上香，奠太帛，出圭，行再拜礼，回到原位。开始奏《凝和之曲》，皇帝到神位前搢圭，奠俎，出圭，回到原位。
接着行初献礼，皇帝走到爵先位，搢圭，洗爵，擦爵，交给执事者，出圭。又走到酒奠所，搢圭，执爵承酒，交给执事者，出圭。
当《寿和之典》响起，随之跳武功之舞，皇帝在神位前下跪，搢圭，上香，祭酒，奠爵，出圭。读祝官读完祝文后，皇帝俯身下拜，起身，再拜，然后回到原位。
亚献礼在《豫和之曲》与文德之舞中进行，行终献礼时奏《熙和之曲》。亚献礼和终献礼与初献礼仪式相同，但不读祝文。
在赞礼官"饮福受胙"的唱和声中，皇帝再次走上祭坛，在饮福位行再拜礼，下跪，搢圭，接过爵，祭酒，饮福酒，把爵放在坫上。然后从奉胙官手中接过胙，交给执事者，出圭，下拜，起身，再拜，回到原位。
随之《雍和之曲》响起，掌祭官把豆撤下，在《安和之曲》中送神，皇帝行再拜礼走到望燎位，在《时和之曲》声中看着焚燎祝版丝帛。
至此礼毕，皇帝回到大帷幕中，脱去衮冕，全部祭天仪式才宣告结束。
天坛祭天的音乐主要是中和韶乐，它是一种集礼、乐、歌、舞为一体的皇家祭祀音乐。中和来自儒家伦理道德观念，儒家认为，人的修养能达到中和境界，就会产生"万物位焉，万物育焉"的神秘效果。
韶乐即美好的音乐。相传舜制的音乐为韶。中和韶乐即最美好的音乐，用于祭祀和大朝会﹑大宴飨。
顺治元年议定，祭天地、太庙、社稷，都要用中和韶乐，亦称宫廷雅乐，它包括祭祀乐、朝会乐和宴会乐。朝会乐、宴会乐只有奏乐而无演唱和舞蹈。祭祀乐就包括了演奏、演唱和舞蹈。
根据《钦定大清通礼》和《钦定大清会典》记载，《中和韶乐》包括祭祀乐曲七段：《肇平之章》、《兴平之章》、《崇平之章》、《恬平之章》、《淳平之章》、《臣平之章》和《和佑之章》。
天坛祭祀时用的中和韶乐，还包括文德舞和武功舞。用文德舞时，舞生执雉羽和古管乐器龠，动作文质彬彬，雍容有仪，却又活泼矫健，富有激情。
舞武功舞时，舞生手执干、戚。传说炎帝时，刑天为表现两军厮杀时激烈的场景，高扬本部将士浴血奋战的斗志，做干戚舞。后人们把刑天舞干戚看作是一种不屈不挠的斗争精神的象征。
文舞和武舞相互陪衬、相互制约，进而取得武而不野、文而不弱的中和效果。在天坛祭天时，初献用武舞，亚献、终献用文舞，以体现祭祀礼仪的庄重。
在历史上，天坛的祭天乐舞的也曾经发生了不少次变化。在明朝时，当时的嘉靖等多位皇帝普遍崇信道教，祭天乐舞生也由道士担任。
到了清朝，由道士担任舞生的习惯开始发生了变化。乾隆七年，皇帝明确下诏严禁神乐观乐官习道教，不愿从业的人削籍为民。诏书下达后，神乐观中的道士尽遭驱逐。
从此，神乐观没有了道士，旋即被更名为神乐所，相应的职官即由知观改为知所，祭祀乐舞生也改而选用年少俊秀的八旗子弟充任，由朝廷派协律郎对祭天乐舞生进行培训。
乾隆十九年，神乐所又改神乐署。鼎盛时期，署内有乐舞生3000多人。
祭天大典非常神圣，非常隆重，可谓朝野关注，这就要求祭祀过程不能出一点差错。因此，祭祀活动的每一个细节都有明确的规定。
每当祭日来临之前，必须进行大量的准备工作，不管耗费多少人力物力，亦在所不惜。常规的准备包括对天坛内各种建筑及其设施，进行全面的大修葺，修整从紫禁城至天坛皇帝祭天经过的各条街道等。
大典的前5日，要派亲王专门到牺牲所，察看为祭天时屠宰而准备的牲畜。大典前3日，皇帝开始斋戒。前两日，书写好祝版上的祝文。
大典前一日宰好牲畜，制作好祭品，整理神库祭器；皇帝阅祝版，到皇穹宇上香，到圜丘坛看神位，去神库视边豆，到神厨视牲，然后回到斋宫斋戒。
大典前夜，由太常寺卿率部下，安排好神牌位、供器、祭品，乐部就绪乐队陈设，最后由礼部侍郎进行全面检查。
天坛的圜丘坛专门用于祭天，台上不建房屋，对空而祭，称为露祭。祭天陈设讲究，祭品丰富，规矩严明。
在圜丘坛***设七组神位，每组神位都用天青缎子搭成临时的神幄。上层圆心石北侧正面设主位皇天上帝神牌位，其神幄呈多边圆锥形。
圜丘坛第二层坛面的东西两侧为从位日月星辰和云雨风雷牌位，神幄为长方形；神位前摆列着玉、帛以及整牛、整羊、整猪和酒、果、菜肴等大量供品。单是盛放祭品的器皿和所用的各种礼器，就达700多件。
上层圆心石南侧设祝案，皇帝的拜位设于上、中两层平台的正南方。圜丘坛正南台阶下东西两侧，陈设着编磬、编钟、镈钟等16种，60多件乐器组成的中和韶乐，排列整齐，肃穆壮观。
时辰一到，斋宫鸣太和钟，皇帝起驾至圜丘坛，钟声止，鼓乐声起，大典正式开始。
此时，圜丘坛东南燔牛犊，西南悬天灯，烟云缥缈，烛影摇红，给人以一种非常神秘的感觉。
祭天大典，是封建皇帝展现"君权神授"思想，显示"天子"神圣权威所玩弄的一种把戏。为了达到其宣扬神权以维护皇权的目的，举行大典时要求所有从事人员不得有任何差错，否则要予严惩。
在《大清律》中就曾明文规定：每逢祭祀，于陈祭器之后，即令御史会同太常寺官遍行巡查，凡陪祀执事各官，如有在坛庙内涕唾、咳嗽、谈笑、喧哗者，无论宗室、觉罗、大臣、官员，即指名题参。因此，凡随祭人员无一不是诚惶诚恐，胆战心惊的。