圜丘坛是明清两代皇帝举行祭天大典的地方，每年的冬至日祭天，孟夏祈雨都是在这里举行的。

皇帝举行祭天仪式前，宫里的杂役们要提前在具服台搭好临时帐篷，供皇帝更换祭天礼服。祭天时，皇帝衣服的颜色也是有规定的，日坛的祭祀活动皇帝穿红色礼服，月坛的祭祀活动，皇帝穿月白色礼服，其他的祭祀活动都穿明黄色礼服。

天坛有具服台两座，南边的是圜丘坛具服台，北面的是祈谷坛具服台。

在圜丘坛举行祭天仪式时，皇帝的拜位设在圜丘坛中层台面正南台阶前，祝版案在最上层的天心石处，案上供祝版。祝版均是木制，上裱祝文。根据祭祀对象的不同，祝版的大小和颜色都有区别，祈谷坛用来祈谷的祝版就要比圜丘坛祭天的祝版要小一些。天坛祭祀所用的祝版都是蓝底蓝边的。

祭祀的前一日，皇帝会在紫禁城太和殿阅视祝版。皇帝冬至日祭天前，要在天坛的斋宫进行斋戒，时间为三天，但是到了清雍正以后，改为在紫禁城内建斋宫。在紫禁城内斋戒两天，到了第三天的时候才到天坛的斋宫进行斋戒。

皇帝前一日在太和殿阅视祝版后，出午门、正阳门、过天桥，从圜丘坛门进入天坛。到达天坛后，首先去皇穹宇给皇天上帝和各配位排位上香，然后再去神厨和神库阅视祭品和祭器，这些流程都完成之后，再到天坛的斋宫去斋戒。

祭天大典的时间是在冬至日当天的凌晨四点十五分到四点三十分，仪式共有九个环节，称为九举，分别是燔柴迎帝神、奠玉帛、进俎、初献礼、亚献礼、终献礼、撤馔、送帝神、望燎。九个环节都完成之后，仪式也就结束了，皇帝在到具服台更衣之后返回紫禁城。

在圜丘坛举行的另外一个祭祀活动就是祈雨礼，也叫常雩礼。每逢旱年的四月举行，祈雨礼后如果年景正常，则活动结束，如果不下雨，则会有官员告祀天神、地祗、太岁，七天一次，三次之后如果还不下雨，就要行特别隆重的大雩礼。古人认为天不降雨是因为皇帝对这个国家治理不力，是对皇帝及这个国家的一种警示，行大雩礼，是祈求上天的原谅，所以会特别的郑重，皇帝会从紫禁城亲自步行到天坛，以示虔诚。