Đàn Nam Giao cách Thành Nội (Thành Nhà Hồ) 3,5 km về phía Đông Nam, cách thành phố Thanh Hóa 40 km về phía Tây Bắc theo quốc lộ 45. Di sản thuộc địa giới hành chính xã Vĩnh Thành và Tiểu khu 3, thị trấn Vĩnh Lộc, huyện Vĩnh Lộc, tỉnh Thanh Hoá.

Năm 1397 Hồ Quý Ly cho xây dựng kinh đô mới ở vùng đất An Tôn (huyện Vĩnh Lộc, Thanh Hóa ngày nay). Năm 1398 ông cho dời đô từ Thăng Long về An Tôn đổi tên gọi là Tây Đô.

Bên cạnh việc xây dựng cung điện trong Hoàng thành, đắp La thành…Vương triều Hồ đã cho đắp đàn Nam Giao làm nơi tế lễ trời đất hằng năm của vua. Dưới sự tác động của thời gian, khí hậu, con người, đàn Nam Giao thuộc di sản thế giới Thành Nhà Hồ (Tây Đô) đang dần bị xuống cấp.

Đàn Nam Giao Tây Đô bị quên lãng trong lòng đất qua nhiều thế kỷ. Khu Di tích này được phát hiện, đưa vào thống kê từ những năm 80 của thế kỷ XX. Năm 1990 cụm di tích lịch sử văn hóa gồm: Đền thờ Trần Khát Chân, Chùa Giáng (Tường Vân), Chùa Giò (Nhân Lộ) và Đàn tế Nam Giao thuộc xã Vĩnh Thành đã được công nhận là di tích cấp tỉnh. Những bí ẩn của Đàn Nam Giao Tây Đô bắt đầu được hé lộ từ năm 2004. Tháng 10 năm 2007, Đàn tế này đã được công nhận là di tích khảo cổ cấp Quốc gia.

Kể từ năm 2004 đến năm 2016, đàn Nam Giao Tây Đô đã qua 4 lần nghiên cứu khai quật với tổng diện tích 18.000m2. Việc nghiên cứu vẫn đang được tiến hành, tuy nhiên phần lớn kiến trúc chính với quy mô và cấu trúc của di sản đã được nhận diện.

Tính từ chân núi Đốn Sơn, Đàn tế được xây dựng trên 5 cấp nền, nền 1 cao nhất với độ cao 21,7m; nền 5 thấp nhất có độ cao 12m so với mực nước biển. Năm nền đàn được cấu trúc theo hình dạng chữ nhật, quay hướng Nam. Đàn tế Nam Giao Tây Đô với diện tích 4,3ha có kiến trúc khá độc đáo: Lưng tựa vào núi, mặt nhìn về hướng Nam, các nền đàn được sắp xếp giật cấp cao từ thấp lên cao.

Nền đàn 1, diện tích 356,5m2, được bó nền xung quanh bằng các phiến đá vôi. Đây là nền đàn cao nhất, trên đó có kiến trúc Viên đàn (nền đàn hình tròn).

Nền đàn 2, diện tích 10.024m2, bao quanh nền đàn 1. Nền đàn 2 quan trọng nhất bởi các kiến trúc chính liên quan đến Đàn tế Nam Giao đều tập trung ở đây như: Các vòng tường đàn, đường đi, 2 cổng tam quan, sân lát gạch, các cửa ra vào và đặc biệt là các kiến trúc nền thờ các thần.

Nền đàn 3, diện tích 4.438m2, phía Bắc giáp nền đàn 2, phía Nam tiếp giáp nền đàn 4. Tại đây có kiến trúc sân lát nền, cụm kiến trúc ở phía Đông.

Nền đàn 4, diện tích 4.572m2, phía Bắc tiếp giáp nền đàn 3 và nền đàn 5; tại đây có cụm kiến trúc phía Tây và di tích Giếng Vua.

Giếng có tên gọi khác là giếng Ngự Duyên hay giếng Ngự Dục. Vị trí của giếng nằm ở góc Đông Nam nền đàn 4. Giếng có mặt bằng hình vuông (13m x 13m), có cấu trúc gồm 2 phần: Thành giếng được xây bằng các khối đá vôi, lòng giếng hình tròn (đường kính 6,5m), mặt cắt hình phễu; độ sâu tính từ miệng giếng xuống là 4,90m.

Năm 1990 cụm di tích lịch sử văn hóa gồm: Đền thờ Trần Khát Chân, Chùa Giáng (Tường Vân), Chùa Giò (Nhân Lộ) và Đàn tế Nam Giao thuộc xã Vĩnh Thành đã được công nhận là di tích cấp tỉnh.

Cùng với một số bộ phận khác, phần tường đá bao quanh nền đàn 2 của Đàn Nam Giao còn khá nguyên vẹn.

Tuy nhiên, dưới sự tác động của thời gian, khí hậu, con người, nhiều bộ phận khác của Đàn Nam Giao đang dần bị hư hỏng.

Cùng với các di tích khác, đàn Nam Giao đã hợp thành một quần thể kiến trúc đặc trưng của nhà Hồ, là công trình có giá trị lịch sử, kiến trúc, nghệ thuật, tâm linh... Đàn tế Nam Giao đã góp phần tăng thêm giá trị đặc sắc của Thành Nhà Hồ và góp phần đưa tổng thể Khu di tích Thành Nhà Hồ trở thành Di sản Thế giới.