圆丘坛北面是皇穹宇，是存放圜丘祭祀神牌位的处所。正殿圆形以象天，明嘉靖九年创建，初名“泰神殿”，嘉靖十七年改称“皇穹宇”。
明代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，高19米，直径15．6米、整个建筑由环转而立的八根檐柱、八根金柱支托屋顶。天花藻井是金箔绘成的团龙图案。其建筑建在高2．88米、直径19．2米的圆形石台上，周围有栏板四十九块。东、西、南三面有台阶，各十四级。殿内有汉白玉雕花石座，内供青饰金书满汉文合壁的“皇天上帝”牌位。皇穹宇前左、右有配殿各五间，为蓝色琉璃瓦顶，存放圜丘祭祀日、水、火、土、金、木、北极、月等星神以及云师、雨师、风师、雷师的神牌。其正殿及东、西配殿，共围于一圆墙之内，直径61．5米，长约193米，高3．72米，南面设三门。
石基石栏，前后有三个台阶，各五级。这个围墙，就是有名的“回音壁”，为一色淡灰的城砖砌就，墙顶为蓝色琉璃瓦檐，造型典雅，工艺考究。由于围墙内侧弧度规则，壁面整齐平滑，声音可沿内弧传递，两人分站东西墙根，一人靠墙低声说话，另一人能清晰听到。是我国著名的四大声学建筑之一。南台阶前还有三块奇妙的回音石，站在上面喊话或击掌一次，能听到三次回音，故得名“三音石”。
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