Nhiều triều đại quân chủ Việt Nam chịu ảnh hưởng sâu đậm của hệ tư tưởng Khổng Nho. Nhà vua được xem là thiên tử, tuân theo mệnh trời để trị vì dân chúng. Chính vì vậy, việc làm lễ tế Giao, tức là tế trời và đất luôn được các triều đại phong kiến thực hiện nhằm thể hiện uy quyền của hoàng đế và tính chính danh của triều đại.
Với mục đích như vậy, sau khi lên ngôi không lâu, đến năm 1806, vua Gia Long đã cho tiến hành khởi công xây dựng đàn Nam Giao ở phía tây nam kinh thành Huế, và tổ chức lễ tế trời đất lần đầu tiên tại đây vào năm 1807.
Kể từ đó cho đến năm 1885, lễ tế Giao luôn được tổ chức đều đặn vào mỗi mùa xuân. Đây được xem là một trong những dịp lễ quan trọng nhất trong các nghi lễ cung đình, và được xếp vào hàng Đại tự dưới triều Nguyễn. Sau thất bại của cuộc tấn công Kinh thành Huế do Tôn Thất Thuyết lãnh đạo vào năm 1885, lễ tế Giao đã bị gián đoạn trong suốt 7 năm. Đến năm 1891, dưới thời vua Thành Thái, lễ tế Giao mới được tiếp tục cử hành nhưng theo thể thức ba năm một lần vào các năm tý, mão, ngọ, dậu.
Lễ tế trời đất cuối cùng của triều Nguyễn được cử hành tại đàn Nam Giao vào ngày 23/3/1945 do vua Bảo Đại chủ trì. Cùng với sự cáo chung của chế độ quân chủ sau Cách mạng tháng Tám 1945, lễ tế Giao cũng đồng thời chấm dứt.
Năm 1806, khi khởi công xây dựng đàn Nam Giao, vua Gia Long đã lệnh cho các tỉnh trong cả nước gửi đất về để đắp đàn, nhằm biểu trưng cho sự thống nhất giang sơn từ Nam đến Bắc. Đàn gồm 3 tầng. Tầng trên cùng hình tròn tượng trưng cho trời, tầng giữa hình vuông tượng trưng cho đất và tầng dưới cùng cũng hình vuông tượng trưng cho người. Bao bọc xung quanh đàn là một rừng thông xanh do vua và các quan trồng.
Đến dịp tế lễ, trên các tầng đàn, những tòa nhà lớn bằng vải sẽ được dựng lên với những màu sắc khác nhau để che mưa nắng cho khu vực đặt các án thờ. Nếu tòa nhà che ở đàn trên được lợp vải xanh gọi là Thanh ốc ứng với màu của trời, thì tòa nhà che ở đàn giữa lại được lợp vải vàng gọi là Hoàng ốc ứng với màu của đất.
Sau Tết Nguyên đán, Khâm Thiên Giám - cơ quan trông coi lịch pháp dưới triều Nguyễn - sẽ chọn ra một ngày tốt để dâng lên nhà vua phê chuẩn. Sau đó, triều đình sẽ bắt đầu tiến hành các công việc chuẩn bị cho lễ tế Giao. Trước lễ tế ba ngày, tượng Đồng nhân (tượng người bằng đồng cầm biển đề ba chữ “tĩnh trai giới”) sẽ được rước vào điện Cần Chánh. Từ thời điểm này, nhà vua phải tiến hành trai giới, diệt dục để dọn mình “sạch sẽ” trước khi đứng vào vị trí chủ tế.
Một ngày trước lễ tế Giao, nhà vua cùng tùy tùng rời kinh thành và di chuyển đến khu vực đàn Nam Giao bằng một lễ rước hoành tráng. Đoàn rước của nhà vua gọi là ngự đạo, được chia làm 3 phần: tiền đạo, trung đạo và hậu đạo.
Trong đoàn ngự đạo, bên cạnh sự có mặt của hàng nghìn binh lính, tùy tùng, quan chức của triều đình với những nhiệm vụ khác nhau là một lượng lớn voi ngựa, cờ xí, tàn lọng,… được sử dụng đã tạo nên một khung cảnh vô cùng lộng lẫy và uy nghiêm.
Dọc theo con đường mà nhà vua đi qua (ngự lộ), các hương thân kỳ lão của 6 huyện thuộc phủ Thừa Thiên bày hương án hai bên đường, đồng thời họ cũng phải lạy đón khi xa giá của nhà vua đi ngang qua.
Sau khi đi hết ngự lộ dài hơn 3 km từ kinh thành lên đến khu vực đàn Nam Giao, nhà vua được rước vào trai cung để nghỉ ngơi, chuẩn bị cho lễ tế chính thức vào rạng sáng ngày hôm sau.
Cùng lúc đó, các bước quan trọng nhất chuẩn bị cho lễ tế chính thức cũng được thực hiện. Ở khu vực nhà bếp thần trù, công việc hoàn thiện các phẩm vật hiến tế được tất bật thực hiện dưới sự giám sát của các đại thần thuộc bộ Lễ và Thái thường tự, cơ quan chuyên đảm trách lễ nghi quốc gia.
Tại các án thờ trên các tầng đàn, hàng trăm loại đồ thờ bằng đồng, gỗ, vàng… được bày biện theo quy định của điển lệ triều đình. Ngoài việc mang ra sử dụng trong lễ tế Giao, những món đồ thờ này không được sử dụng trong bất cứ dịp nào khác. Sau lễ tế, chúng sẽ được niêm phong và cất trở lại trong nhà chứa đồ tế lễ (Thần khố).
Vào buổi chiều trước lễ tế, một buổi diễn tập được diễn ra với đầy đủ các trình tự như chính lễ. Ngoại trừ nhà vua, các quan chức có phận sự trong lễ tế đều phải tham dự buổi diễn tập. Đồng thời, trừ phụ nữ không được bước chân vào khu vực đàn Nam Giao, những thường dân có giấy phép của triều đình cũng có thể vào xem buổi diễn tập này.
Mỗi khu vực án thờ có một quy định khác nhau về số lượng hoặc màu sắc đồ thờ, tế phẩm… được sử dụng tùy theo cấp bậc của vị thần ứng với án thờ đó. Bên cạnh các án thờ thần linh, án thờ các vị tiên đế của triều Nguyễn và các triều đại trước trong lịch sử Việt Nam cũng được sắp đặt trên đàn tế.
Một phần quan trọng khác không thể thiếu ở lễ tế Giao là âm nhạc và các vũ khúc do các nhạc công và vũ công thuộc Thanh Bình thự - cơ quan chuyên trách về vũ nhạc của triều đình - đảm nhận.
Xuyên suốt trong quá trình hành lễ, các ca sinh sẽ xướng lên chín bài ca chương mang hàm ý ca ngợi công đức của các vị thần, nguyện cầu quốc thái dân an theo phần nhạc đệm của đội nhã nhạc. Cùng lúc đó, hai đội múa bát dật văn và võ với 64 vũ công sẽ lần lượt trình diễn các vũ khúc tương ứng với mỗi bài ca chương.
Vua cùng các đại thần triều Nguyễn đều sử dụng trang phục cổn miện được tham khảo từ quy chế của Trung Hoa, và biến đổi để tạo dấu ấn cho vương triều của mình, với những quy định chặt chẽ về hoa văn chương thêu trên áo cổn, số lượng những sợi lưu rủ trước mũ miện. Việc các vua Nguyễn sử dụng áo cổn thêu 12 chương, mũ miện với 12 sợi lưu chỉ dành cho hoàng đế thiên triều theo điển lệ Trung Hoa đã thể hiện sự tự tôn, độc lập, "sánh ngang Bắc quốc" của vương triều Nguyễn.
Với một trình tự nghiêm ngặt và lễ nghi cầu kỳ như vậy, lễ tế Giao dưới triều Nguyễn thường kéo dài trong nhiều giờ đồng hồ từ lúc trời còn tối và kết thúc vào rạng sáng. Người không có phận sự trong việc hành lễ sẽ không được phép bước vào khu vực đàn Nam Giao cho đến khi mọi việc hoàn tất.
Sau khi lễ tế Giao đã hoàn tất, nhà vua và đoàn tùy tùng lên kiệu trở về lại hoàng cung. Khác với lúc xuất cung, đoàn ngự đạo đi trong im lặng để giữ sự trang nghiêm, thành kính. Khi họ hồi cung, nhạc và chiêng trống được tấu lên trên suốt quãng đường để báo hiệu với dân chúng rằng cuộc tế lễ đã hoàn thành tốt đẹp, ước nguyện về một thiên hạ thái bình đã được các đấng siêu nhiên ghi nhận.
