明堂、天堂是唐代所建最高大的木构建筑，是唐代著名大型建筑物。充分显示了唐代极盛期建筑的高度水平。据记载，明堂方300尺(88米)，为多边形,圆顶;高294尺(86米)，分三层，下层布政，中层祭祀,上层是圆顶亭子，上立高1丈的涂金铁凤，屋顶铺木胎夹纻漆瓦。明堂有上下贯通的巨木中柱，作为斗栱梁架依附的主干。695年明堂烧毁,696年春重建明堂。明堂、天堂的规模和复杂程度超过唐两京所有宫殿。前后两次建造,日役万人,包括清理场地,都没有超过一年时间,反映其设计、施工能力已接近或达到封建社会的最高水平。武则天死后，于737年拆去上层，恢复为乾元殿，约在755年以后安史之乱中被毁。
天堂遗址位于明堂遗址的西北155米，处于宫城轴线区域西侧。关于天堂的高度，《资治通鉴》处中具体描述：天堂高五层，且第三层已经高于明堂。相关文献认为，明堂的高度在90米左右，照此计算，天堂的高度至少应该在150米以上。
1986年考古专家发现了武则天时期的明堂遗址，2007年起洛阳启动了隋唐洛阳城的现场发掘。将在原位展示出的明堂遗址保护展示工程是座既融入历史元素，又具现代气息的保护性建筑。明堂保护展示建筑：总高20米左右，总宽度105米，明堂保护展示建筑总面积近1万平方米，共分2层。首层中心有一个与下层连通的共享空间，可以从这里直接俯瞰最下面的明堂中心柱坑遗址本体。
明堂复建分为两次。第一次因对明堂遗址的保护，主要采用“保护罩”的形式进行，同时为了避免过大的体量对整个遗址公园造成不协调的冲击，将对整个建筑外立面进行绿化覆盖，甚至包括整个建筑的顶部，也全部采用人造草皮覆盖。后来，经民众反馈，在2014年，对明堂形象做出第二次整改，顶部采用“避火珠”的形式进行，现有木栈道重新刷漆，色彩向唐代靠拢，屋面墙面改换成灰色金属面板，象征瓦的颜色，也象征夯土遗址;同时灰色进一步降低了明堂的建筑感，使其融入到背景天空中。与天堂外观色彩统一，整个景区色彩更加协调，完全改变了上次绿化覆盖的现代模样，使其更具复古气息，吸引游客。
