北京孔庙是元明清三代皇帝祭祀孔子、举行国家祭典的主要场所，也是太学的礼法之地，国子监的师生会定期前往孔庙举行祭祀孔子的典礼。
大成殿是孔庙的主体建筑，重檐庑殿顶，是供奉孔子神位和祭孔时帝王行礼的场所。
大成殿月台高于地面2米，月台由汉白玉雕云头石栏三面环绕，东西两端各有16级台阶，前级正中嵌有一块7米长、2米宽的大青石浮雕，石面上下雕有二龙戏珠，中间盘龙吞云吐雾。
大成殿始建于元大德六年（1302年），大德十年（1306年）建成，后毁于战火。明永乐九年（1411年）重建。
万历二十八年（1600年）改换青琉璃瓦顶，清乾隆二年（1737年）改为黄琉璃瓦顶，光绪三十二年（1906年）殿堂由七间三进扩建为九间五进。
大殿内原挂的清朝历代皇帝御题大匾，于民国五年（1916年）被教育总长范源濂取下，改挂上黎元洪大总统手书的 “道洽大同” 匾。
大成殿殿内金砖铺地，内顶施团龙井口天花。殿中供奉孔子 “大成至圣文宣王” 木牌位，神位前置祭案，上设祭器。
龛两边的楠木大柱，为乾隆御笔对联——
“齐家治国平天下，信斯言也，布在方策；
率性修道致中和，得其门者，辟之宫墙。”
主位两侧设有四配牌位，东配复圣颜回、述圣孔伋牌位，西配宗圣曾参、亚圣孟轲牌位。
“配”是在祭祀时陪同被祭之意，只有仅次于孔子的儒家大师才能有此待遇。从三国魏正始二年（241年）祭祀孔子以颜回配，到南宋度宗咸淳三年（1267年）以颜回、曾参、孔伋、孟轲配，正式确立为 “尊孔而以四贤配享” 的制度。
殿内东西两侧四配以下分列 十二哲牌位 。
哲位始设于唐开元八年，为十位，历代屡有升降，至乾隆三年(1738年)定为十二位。
东序各龛为：闵子（损)、冉子（雍)、端木子（赐)、仲子(由)、卜子(商)、有子(若)；西序各龛为：冉子(耕)、宰子(予)、冉子(求)、言子(偃)、颛孙子(师)、朱子(熹)。
子为尊称，括号内为哲人名讳。
大成殿建成后，便开启了元明清三代皇帝及遣官在北京孔庙祭孔的序幕。
清代时每年仲春与仲秋的两次祭孔活动，均在此殿举行。
根据《钦定国子监志》上的记载，清代祭孔无论在释奠等级、释奠规模，还是在释奠次数上，都远远超逾前代。
单就释奠次数，无论总数还是个人参与次数都位列第一，其中尤以乾隆帝十一次为最多。嘉庆帝以六次位列次席，雍正帝以四次跻身三甲。
传说，刘墉曾因为祭孔礼仪不周到险些被罚。
乾隆五十二年（1787年），刘墉奉旨主持祭孔大典，因为一个的小小的疏漏被负责监督祭孔释奠的太常寺堂官参了一本。
堂官说，刘墉在上香、献爵、饮福、受胙之后未行一揖之礼。
乾隆皇帝听后，以典章记载的仪注细节前后不一致，且一揖之礼是小节，刘墉未行此礼尚非大过为由，没有苛责刘墉，可谓有惊无险。
祭孔作为国家的典礼，像祭天一样有着悠久的历史。汉高祖刘邦过鲁，以太牢祀孔子，开帝王祭孔先河。
祭孔的内容以颂扬孔子生前的业绩为主，集礼乐歌舞为一体，体现了孔庙礼仪的宏伟气势，保留了西周以来的礼乐文明。
殿内陈设的乐器，基本依古籍所记载的尺寸制成。古代乐器是用金、石、丝、竹、匏（葫芦）、土、革、木八种不同材料制成的，即所谓“八音具备”。
大成殿殿内陈设的祭器按严格的礼制摆放，其数量的多少表明尊孔的程度。清末孔子享受祭天的尺寸，现在殿内的器物依原状恢复。
祭孔有三种形式，一为释奠礼，二为释菜礼，三为释褐礼，其中影响最大的便是每年仲春仲秋上丁日的释奠礼。
整个典礼分为迎神、初献、亚献、终献、撤馔、送神六部分。
元明清三代，主祭均为皇帝。皇帝不能亲临时则派皇子、亲王、大臣代为行礼。民国后，总统袁世凯、总理潘复、吴佩孚等历史人物，以及日伪政权都曾在此祭孔。
祭祀的仪程在民国年间变化很大，北洋政府和日伪政权期间，偏于复古，孔子诞辰按阴历算，行礼是四拜乃至三跪九叩等；国民政府期间则偏于现代革新，孔子诞辰以阳历算，仪程上体现为全体肃立、奏乐、唱*党**歌、行三鞠躬礼等。
大成殿院内东西两侧各有庑殿十九间，左右对称，布局完整。东西庑北端有东西掖房各十间，南端有祭器、乐器库各十二间，东西掖房及两库均为L形平面附属建筑。
东西庑为祭祀先贤先儒的地方，南宫适、董仲舒、周敦颐、程颢、欧阳修、范仲淹、王守仁等先贤先儒的牌位曾供奉于东庑；左丘明、郑康成、韩愈、程颐、陆九渊、司马光等先贤先儒的牌位曾供奉于西庑。
现东西庑为“大哉孔子展览”展厅。
焚帛炉
焚帛炉，亦称燎炉，位于孔庙中院甬道西南，呈长方形，歇山式屋顶，上覆绿琉璃瓦。
焚帛炉是祭祀仪式结束后，焚烧祭文、祭品的地方。
康熙帝御笔“万世师表”匾。
大成殿内外共悬有11块匾额，其中九块为清代皇帝御赐匾额。
第一块是康熙帝的 “万世师表” ，后依次为雍正帝的 “生民未有” 、乾隆帝的 “与天地参” 、嘉庆皇帝的 “圣集大成” 、道光帝的 “圣协时中” 、咸丰帝的 “德齐帱载” 、同治帝的 “圣神天纵” 、光绪帝的 “斯文在兹” 、宣统皇帝的 “中和位育” 。
另外还有民国大总统黎元洪的 “道洽大同” 题匾和袁世凯的 “大总统令” 各一块。
民国五年（公元1916年）教育总长范源廉将清代的匾额全部取下，并于第二年将黎元洪手书的 “道洽大同” 匾悬挂殿内正中。
1984年大成殿重新开放，将清帝御笔匾额复原展示，康熙帝的 “万世师表” 匾额没有恢复原位，而是悬挂于大成殿外正中门楣之上。
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