明代立国于江南，南方属阳，为凸显南方尊贵，特意将上层正南面的台阶宽度定为九尺五寸，东、西、北三面台阶则为八尺一寸，下层台阶也是如此。同时圜丘内壝南面有三门，也有别于其他三面仅开一门。洪武四年改建圜丘时，尺寸均比洪武初年有所缩小，上层直径由七丈降为四丈五尺，高度由八尺一寸减为五尺二寸。洪武四年的圜丘形制已出现二、四、六、八这样的阴数。
明初时将天地分开祭祀，洪武十年，祭天时阴雨连绵，朱元璋联想到天地分开祭祀犹如家祭时单独祭祀父母一样，既与礼、孝等观念不合，也无法显示对天地的尊崇，因此改为天地合祭。朱元璋命开国功臣李善长监工，改造圜丘。改造后的圜丘新建了大祀殿，取阳数的理念也得到一定恢复。
永乐十八年，包括天地坛在内的北京宫殿、坛场等完工，其规制均参照南京，而高大壮丽则过之。次年，明迁都北京。此后，北京南郊天地坛的形制延续百余年。
嘉靖九年，朝廷重新议定天地分祀。<明史>记载嘉靖时圜丘形制尺寸与洪武初期天地分祭时一致。但实际上为凸显皇权，圜丘建筑已大不相同。改建后的圜丘层级恢复了元代的三层，各层长宽均有增加。为印证"天子受命于天"的"天人感应"思想，嘉靖帝决定圜丘一层高度为九尺，高于二、三层的八尺一寸；圜丘一层直径五丈九尺，二层九丈，三层十二丈，每层四面台阶均为九级。圜丘改建后，又在大祀殿旧址改建大享殿。万历三年，首辅张居正等编辑<郊祀新旧图考>，将明太祖朱元璋与明世宗朱厚熜的圜丘形制一一载明呈送万历皇帝。至此，明代圜丘形制未再改动。
