明永乐十八年（1420年），初名山川坛，合祀先农、太岁、风云、雷雨、五岳、五镇、四海、四渎和钟山诸神，并在钟山之下加祀天寿山神。嘉靖年间（1522—1566年），重订庙坛礼制，形成多种祭祀的格局：分置太岁殿，专祀太岁（木星）；新建天神坛、地祇坛和先农神坛；将山川坛更名为神坛。万历年间（1573年—1620年七月），坛内陆续增建了纛旗庙、神仓、斋宫等，并正式命名为先农坛。[2] 修缮前的先农坛宰牲亭
清乾隆十九年（1754年），对先农坛作了较大调整，撤去纛旗庙，将其移建为神仓；改土木建筑的观耕台为砖石琉璃瓦建筑；改斋宫为庆成宫，形成先农坛整体格局。[2] 光绪二十六年（1900年），八国联军侵入北京后，先农坛成为美国兵营，司令部设在太岁殿。[2]
中华民国元年（1912年），在神仓设北京坛庙管理所。中华民国二年（1913年）元旦，先农坛首次对外开放。中华民国三年（1914年），民国政府制订忠烈祠祭礼，设忠烈祠于太岁殿，祭祀黄花岗烈士；太岁殿两庑改为礼器陈列所，集中展陈坛庙祭祀礼器。中华民国四年（1915年），正式辟为公园，初名先农坛公园。中华民国六年（1917年），改名为城南公园。中华民国八年（1919年），先农坛内兴建两座新式建筑，一座是以观耕台为底座，上建八角二层的观耕亭，造型仿欧洲古典花园中的玻璃亭；一座是纯欧式的三层钟塔，通称“四面钟”。中华民国十九年（1930年），先农坛外坛墙全部被拆除，附近建成市场、道路、民居等，坛西成为广场；庆成宫之南辟为先农坛体育场。[2]
1949年7月，育才学校等单位陆续迁入。[2] 1997年，育才学校图书馆从俱服殿搬出。21世纪初，政府投资进行大规模综合修缮，并设立北京市古代建筑博物馆。[4]
2022年12月，媒体报道，正阳门城楼和先农坛神仓修缮工程均按计划稳步进行。[9]
2024年4月18日，是第42个“国际古迹遗址日”，“北京先农坛神仓建筑群开放暨神仓历史文化展开幕式”活动在北京古代建筑博物馆（先农坛）神仓院落开幕，这是神仓建筑群移建200多年来首次面向公众开放。[10]
2024年12月21日，先农坛的重要组成部分庆成宫正式开放，这是庆成宫在北京市中轴线成功申遗后，首次向公众开放，也是先农坛范围内又一面向公众开放的古建筑区域。[11] [12]
先农坛共有庆成宫、太岁殿（含拜殿及其前面的焚帛炉）、神厨（包括宰牲亭）、神仓、具服殿5组建筑群；另有观耕台、先农坛、天神坛、地祇坛4座坛台，耤田位于观耕台南。建筑组群与坛台基本都坐落于内坛墙里，仅庆成宫、天神坛、地祇坛位于内坛墙之外，外坛墙之内。[8]