今之天壇，是歷經多次修建的結果。建築物分三落：硬山屋頂的前殿，其開三門，門口設石獅一對。雕樑畫棟，雖已翻新，左右牆堵上的福祿文字石雕，以及殿內一對樸拙的花崗石蟠龍柱，以是咸豐五年乙卯(西元一八五五年)時的原作。歇山重擔的第二落正殿，供奉玉皇大帝神位，而不用塑像，旁邊配祀福德正神。正殿結構宏偉，屋宇巍峨，歷代名人題署匾額高懸，如同治元年賜進士出身翰林院庶吉士賞戴花翎按察司銜福建分巡臺澎兵備道兼提督學政洪毓琛立：{道崇無極}，同治三年福建臺灣水師副將葉烯暘立；「洪鈞鼓鑄」，民國四十一年先總統 蔣公題：「義格蒼芎」等等，真中要以千算萬算不如天算的「一」字匾最為珍責，被列為臺南市三大名匾之一。

殿前擔廊有同治元年的蟠龍柱一對，與御路上的雲龍相互呼應，表達了不同時期的石雕藝術與手法。硬山屋頂的後殿，是沒有門窗的敞殿，主祀三清道主，斗母星君與三官大帝。殿前也有蟠龍柱一對，雖然同是咸豐五年所雕，龍形卻與前殿、正殿大異其趣。