明嘉靖二十一年四月(1542年)，在嘉靖帝寵幸的道士陶仲文的建議下，最大的皇家道觀—大高玄殿竣工。
大高玄殿由工匠郭文英主持修建，使用的木料採自四川、貴州、湖廣等地。大高玄殿東西寬57米，南北長264米，占地面積大約1.5萬平方米。據史書記載，神殿建成之後，百官齋戒、行香、禁刑屠十日。大高玄殿成爲“每歲大旱，則建醮祈雨，遣官禮拜”之所。
大高玄殿“山門”內爲一扁長院落，紧接爲三座琉璃隨牆門，正門題額爲“始清道境”。入內卽爲過廰式的大高玄門，三間的單檐歇山式門，左右各有偏門一座，左爲蒼精門，右爲黄華門，門前原有旗桿，現僅存基座。
入門後有甬道，正對大高玄殿。大高玄殿面闊七間，黄琉璃瓦重檐廡殿頂，前有月臺，左右配殿各五間，東西分別爲闡玄殿、演奧殿。大高玄門後兩旁有鐘鼓樓，各高兩層，單檐歇山頂。後殿爲九天應元雷壇(九天萬法雷壇)，面闊五間
單檐廡殿頂，綠琉璃瓦頂黄琉璃瓦剪邊，左右配殿各九間，分別爲天乙之殿、湧明之殿。最後一進建築爲乾元閣和坤貞宇。上層爲乾元閣，圓攢尖屋頂，覆以蓝琉璃瓦，象徵天；下層爲坤貞宇，方形，覆以黄琉璃瓦，象徵地。乾元閣供奉玉皇大帝。殿前左右配五開間的伏魔殿、北極殿。
滿清最初信奉薩滿教，順治帝入關後又接受藏傳佛教(黄教)，並重視儒學，而對道教的信仰則遠遜於明朝，但也並未排斥。清朝皇帝每逢初一日、十五日照例要到大高玄殿拈香行禮。特別是逢大旱或大澇，皇帝均要在此進行祭天祈雨等活動。
康熙年間，大高玄殿因避康熙帝玄燁的聖諱，而改稱“大高元殿”，後又更名爲“大高殿”，專門舉辦各種道場。1900年庚子之變，八國聯軍佔領北京。據清宮檔案記載，法軍佔領大高玄殿十個多月，大高玄殿的建築和陳設文物遭嚴重破壞及掠奪，大批雕像、法器、經卷被法軍盜走。
此後，大高玄殿被總參保障部用作了辦公用房。但不事修繕，損毀十分嚴重，彩繪剝落，殿前月臺的漢白玉石欄桿倾坍，九天應元雷壇前面搭建了許多間红磚平房，院落內亂搭建的辦公建築也很多，威胁古建築的火災隱患嚴重。经历了季羡林等人的呼吁腾退等努力，2013年5月，大高玄殿终于正式归还故宫。
