回音壁是皇穹宇的围墙。墙高3.72米，厚0.9米，直径61.5米，周长193.2米。墙壁是用磨砖对缝砌成的，墙头覆着蓝色琉璃瓦。围墙的弧度十分规则，墙面极其光滑整齐，对声波的反射是十分规则的。

只要两个人分别站在东、西配殿后，贴墙而立，一个人靠墙向北说话，声波就会沿着墙壁连续反射前进，传到一、二百米的另一端，无论说话声音多小，也可以使对方听得清清楚楚，而且声音悠长，堪称奇趣，给人造成一种“天人感应”的神秘气氛。所以称之为“回音壁”。

回音壁有回音效果的原因是皇穹宇围墙的建造暗合了声学的传音原理。围墙由磨砖对缝砌成，光滑平整，圆周率精确，有利于声波的规则反射，加之围墙上端覆盖着琉璃瓦使声波不至于散漫地消失，更造成了回音壁的回音效果。

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。

初为单檐圆形建筑，是圜丘坛的正殿，清乾隆十七年（1752年）改建为今式。皇穹宇围垣具有传声功效，俗称回音壁。

皇穹宇殿高19.5米，直径15.6米，木拱结构，檐柱、金柱俱8根，南向开户，菱花格隔扇门窗，蓝琉璃槛墙，东西北三面封以砖俱干摆到顶。殿内穹窿圆顶，正中贴金盘龙藻井，贴金双龙天花，金柱贴金缠枝莲，内外施金龙和玺彩画。殿内正中有前圆后翘角石须弥座，座高1.51米，径2.53米。严谨、精致，上覆蓝瓦金顶，精巧而庄重。殿内开花藻井为青绿基调的金龙藻井，中心为大金团龙图案，是古代建筑杰作。

构造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。

另外，有人间偶语：天闻若雷之说的三音石。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。