Đàn Nam Giao Thăng Long là một trong những công trình kiến trúc thường xuyên được thể hiện trong các bản đồ cổ vẽ Thành Thăng Long. Bản đồ Hồng Đức là bản đồ cổ sớm nhất còn lại đến ngày nay đã có vẽ lại vị trí Đàn Nam Giao nằm về phía Nam Hoàng thành Thăng Long

Đàn Nam Giao đều được vẽ rất rõ trong các tấm bản đồ thành Thăng Long thời Lê và thời Nguyễn như: Bản đồ "Trung đô" năm 1490 (trong bộ Hồng Đức bản đồ), “Trung đô sơn xuyên hình thắng chi đồ” (trong sách Thiên Nam lộ đồ) năm Cảnh Hưng thứ 31 (1770), “Trung đô nhất phủ nhị huyện chi hình" (trong sách Thiên tải nhàn đàm), “Thăng Long thành Phụng Thiên phủ, nhất phủ nhị huyện" (trong Thiên Nam tứ chí lộ đồ thư) năm Gia Long thứ 9 (1810)[1].

Ngay trước thời điểm Pháp chiếm thành Hà Nội, Bản đồ thành Hà Nội năm 1873, do Phạm Đình Bách vẽ cho thấy đàn Nam Giao vẫn tồn tại. Bản đồ vẽ Đàn Nam Giao hình chữ nhật ba tầng, trên có tấm bia, ở gần Hồ Bảy Mẫu, vị trí số 17, ghi chú 黎南郊壇 (Lê Nam Giao đàn) nghĩa là "Đàn Nam Giao nhà Lê". Trong chú thích của tấm Bản đồ này được Sở Địa Dư Đông Dương xuất bản năm 1937 thì ghi bằng chữ Quốc ngữ: "Đàn-Nam-Giao"[2].

Sau khi thành lập chính quyền Bảo hộ ở Bắc Kỳ, người Pháp cấp khu đất có Đàn Nam Giao cho một công ty xây dựng nhà máy diêm. Từ năm 1892, khi nhà máy này đi vào sản xuất, đàn Nam Giao mới mất hẳn dấu tích[1].

Năm 1956, sau khi Giải phóng Thủ đô, Nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo được chuyển từ Việt Bắc về và được xây dựng thay thế nhà máy diêm, trên nền đất của đàn Nam Giao cũ. Từ năm 2004, được sự đồng ý của Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội, nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo đã di dời để nhường chỗ cho Trung tâm thương mại Vincom Center Bà Triệu được xây dựng trên khu vực này[3].

Vị trí Đàn Nam Giao ngày nay có thể xác định như sau: Mặt trước đàn nhìn ra phố Thái Phiên (hướng Nam), cạnh phía bắc của đàn là đoạn giữa phố Đoàn Trần Nghiệp, cạnh phía đông giáp phố Mai Hắc Đế, cạnh phía tây giáp phố Bà Triệu, thuộc quận Hai Bà Trưng, Hà Nội[4].