北京先農壇坐落於永定門大街西，與天壇東西相望。它始建於明永樂十八年（1420年），原名「山川壇」。
嘉靖十年（1531年）於內壇牆南部建天神壇、地祇壇，形成先農壇現今的格局。
明萬曆四年（1576年）改山川壇之名為先農壇，設置先農壇祠祭署，鑄先農壇祠祭署印。清代，先農壇之名沿用，並於清乾隆十九年（1754年）進行了大規模改建。祭祀先農神的壇台先農神壇，即是清乾隆十九年重修的。
壇為方形，一層，南向，磚石結構。明、清兩代，每年仲春亥日，皇帝或親臨或遣官在此祭拜先農，隨後到「一畝三分」的籍田中行籍田禮，扶犁親耕。
太歲殿
太歲殿是供奉祭祀太歲神的。據說，太歲神是木星，是值年之神。每年十二個月，分春夏秋冬四個季節，每個季節三個將神，按月輪流當值主事，東西兩廡殿各六位，共十二位，成龍配套，像人間一樣有完備的組織領導系統。
太歲殿是先農壇內最大的單體建築，始建於明永樂十八年（1420年），又叫太歲壇。明嘉靖以前，太歲、風雲雷雨、山嶽海瀆等神靈都在此供奉，此後則專門用來祭祀太歲及十二月將等自然神祇。明清時期。每年冬至或翌年立春及遇到水旱災害時，都要在此進行祭祀太歲的活動。
慶成宮
慶成宮始建於明天順三年（1459），當時叫做「齋宮」，是皇帝祭祀親耕前齋戒的地方。但是從建成後基本沒有使用過。乾隆二十年（1755年），改稱為「慶成宮」，成為皇帝行耕籍禮後，休息和犒勞隨從百官茶果的地方。慶成宮前殿有寬大的月台，可以舉辦祭祀禮儀活動。
神廚院與宰牲亭
神廚院落始建於明永樂十八年（1420年），是祭祀先農壇內諸神準備犧牲祭品及存放先農神牌位的地方。
神廚院占地面積約3790平方米(不包括宰牲亭)，坐北向南，「北正殿五間，以藏神牌，東為神庫，西神廚，各五間，左右井亭各一」(《日下舊聞考》卷五十五)。
神廚庫院內的東邊的六角的井亭
宰牲亭院落是祭祀先農壇內諸神時宰殺犧牲的地方。室內明間正中心有一洗牲池，池上下都有排水口，宰牲過程中產生的毛血等物可流入其中。
宰牲亭的屋頂形式為重檐懸山頂，這種形式在國內現存的明代官式建築中是罕見的，被譽為「明代官式建築中的孤例」。
神倉
神倉位於太歲殿東，原為明代旗纛廟，清乾隆十八年（1753年）改建為神倉。明清時期，皇帝親耕的籍田收穫下來的糧食就儲存在這裡，作為祭品用於京城皇家壇廟的祭祀。
為了使這些糧食免遭蟲害，防止發霉，在建築上採取了一系列措施，如建築上使用雄黃玉（三硫華砷）彩畫，顏料有巨毒，可以驅蟲；為了便於通風換氣，防止穀物發霉，在倉房上都開有氣窗。
具服殿、觀耕台和皇帝的一畝三分地位於太歲殿南側。
觀耕台是皇帝觀看大臣行耕籍禮的觀禮台，建於清乾隆十九年（1754年），磚石結構，台高1.6米，台平面19米見方，須彌座以黃綠琉璃磚砌築，裝飾精美。
台北大殿為具服殿，是皇帝親耕之前的更衣之所。
台南是皇帝親耕籍田，即一畝三分地。
「一畝三分地」是老北京人口中常說的一句口頭禪，意為自己的勢力範圍，其來源與先農壇皇帝「親耕」的籍田有關。明、清兩代，每年仲春亥日，皇帝都要到先農壇行祭農耕籍之禮，其「親耕」的地塊面積恰好是「一畝三分」。
雍正皇帝在先農壇行耕籍禮（局部）郎世寧繪
皇帝「親耕」的籍田為什麼不大不小，非要定為「一畝三分」？據傳有兩種說法：
一是取其象徵之義。在中國古代，一三五七九被視為陽數，一和三為陽數中最小的兩個數。因為皇帝是天子身份，既要親耕又不能太勞累，所以定個最小土地面積作為籍田，權作意思意思地「示範性耕耘」，故為一畝三分。
還有一種說法是認為與當時中國的行政區劃有關，計有十三個行政區劃，時稱「十三都司」，所以取了「一」和「三」作為籍田面積。
北京先農壇的「一畝三分地」長11丈，寬4丈，分為12畦。中間為皇帝親耕之位，三公九卿從耕，位於兩側。依照古制，皇帝親耕時要右手扶犁，左手執鞭。
先農壇台
先農壇台位於開放的古壇區內，建於明永樂十八年（1420年)。壇台坐北朝南，建築面積300平方米，四面各建有八層台階。明清時期，仲春時節皇帝親臨或遣官來此拜祭先農。
天神壇與地祇壇
天神、地祇壇是明嘉靖時期根據典章制度改革的需要，於先農壇內壇南門外增建，用以供奉風雲雷雨、山嶽海瀆等神靈，以祈求風調雨順，保佑農業的豐收，成為中國古代重農尊祖思想的體現。天神、地祇壇形制現已無存，目前尚有保存完好的地祇壇石龕座移入博物館內，以綠色植物示意地祇壇原有形制。
壇在坐北朝南的一個四周圍牆圍起的大院子裡，壇為兩座，東是天神壇，西是地祇壇。兩壇同高，面積卻不一樣，天神壇比地祇壇小了近一半，都有圍牆，圍牆上都夾三座欞星門，並立石龕。
天神壇的石龕在北面，白色，雕流雲、海水江崖紋，為風、雨、雷、電四天神。地祇壇石龕在南面，五座，青白色，三座刻山形，為五嶽、五鎮、五山神；兩座刻水紋，為四海、四瀆神。壇東壇西還各有石龕，東為京畿山川神，西為天下山川神，有地方，有全國，照顧得很周到。