皇穹宇位于圜丘坛以北，是供奉圜丘坛祭祀神位的场所，存放祭祀神牌的处所。始建于明嘉靖九年1530年，初名泰神殿，嘉靖十七年1538年改称皇穹宇。为重檐圆攒尖顶建筑。清乾隆十七年1752年重建，改为鎏金宝顶单檐蓝瓦圆攒尖顶。砖木结构，殿内没有横梁，全靠8根檐柱、8根金柱和众多的斗拱支托屋顶，巧妙地运用了力学 原理。三层天花藻井，层层收进，极有特色，为古建筑中少有。殿檐覆盖蓝色琉璃瓦，檐顶有镏金宝顶，殿墙是正圆形磨砖对缝的砖墙，远远望去，就像一把 金顶的蓝宝石巨伞。 皇穹宇左右有偏殿两座，面阔各五间，结构为单檐歇山顶，正殿外就是著名的回音壁、三音石和对话石。皇穹宇围垣具有传声功效，俗称回音壁。历史上皇穹宇围垣的传声功效颇使人迷惑，长期以来人们无法科学地解释这一现象。1953年，汤定元教授对皇穹宇建筑的声学效果进行了测试，认为皇穹宇围垣周密，表面光洁，使声波不被墙体吸纳，进而发生了反射，于是产生了回音，形成了独特的声学现象。这是历史上第一次对天坛诸建筑的回声现象进行的科学解释。三音石位于皇穹宇殿前的甬道上，站在三音石那里击掌可以听到三声回声，这种现象叫做人间私语天闻若雷。寓意着人间言行都被天神所洞察。