Комплексът е построен от 1406 до 1420 г. по времето на император Юнг Ло, който е наредил и изграждането на Забранения град в Пекин. Разширен е и преименуван на Храм на небето по времето на император Цзя Цзин през 16 век. Той построява още 3 забележителни храма в Пекин: Храм на Слънцето (Temple of Sun, 日壇) – на изток, Храм на Земята (Temple of Earth, 地壇) – на север, и Храм на Луната (Temple of the Moon, 月壇) – на запад. Храмът на небето е обновен през 18 век по времето на император Цянлун. Това е и последното голямо обновяване на храм през императорската епоха.

Храмът е бил окупиран от Англо-френския съюз през Втората опиумна война. През 1900 г., по време на Ихетуанското въстание (Боксьорско въстание), Съюзът на 8-те държави (Eight Nation Alliance) окупира храмовия комплекс и го превръща във временен команден център в Пекин, което продължава 1 г. Окупацията осквернява храма и оставя сериозни поражения на сградите и градината. Съобщава се за кражби на храмови ценности и артефакти от хора на съюза. С падането на династия Цин храмовият комплекс е оставен на произвола на съдбата, което води до срутването на няколко зали през следващите години.[1]

През 1914 г. Юан Шъкай, президентът на Република Китай, изпълнява церемонията на Мин в храма като част от усилията му да бъде провъзгласен за император на Китай. През 1918 г. храмовият комплекс е превърнат в парк и за първи път отворен за обществеността.

Храмът на небето е записан в Списък на световното културно и природно наследство на ЮНЕСКО през 1998 г. и е описан като „шедьовър на архитектурния и релефен дизайн, който просто и графично илюстрира значението на космогонията за еволюцията на една от най-великите цивилизации на света...“ и е имал влияние върху архитектурата и дизайна в продължение на много векове.[2]

Околностите на Храма на небето в наши дни са много популярен парк за упражнения.