La pyramide du Soleil, construite au-dessus de la grotte, comporte cinq degrés en talus. Haute de 65 mètres, elle forme approximativement un carré de 225 mètres de côté, dont le volume totalise plus d'un million de mètres cubes. La pyramide du Soleil est la deuxième en taille du Nouveau Monde, après la Grande Pyramide de Cholula) et la pyramide de la Lune. Contrairement à beaucoup d'autres pyramides mésoaméricaines, elle a, pour l'essentiel, été construite d'un jet. Son avant-corps constitue la principale adjonction ultérieure. Le temple qui occupait son sommet a disparu.

À l'origine de sa construction se trouve une grotte d'origine volcanique longue d'une centaine de mètres. Il convient de rappeler que les grottes jouent un rôle important dans les religions mésoaméricaines : elles sont un symbole de fertilité, le lieu d'émergence de l'homme, mais aussi un accès à l'inframonde, celui de la mort. Le soin avec lequel cette cavité a été aménagée témoigne de l'importance que les Teotihuacanos lui attachaient.