Les primeres restes d’estructures que probablement servien propòsits cerimonials daten entre el 8500 i el 7000 aC (fossats per a sostenir, segurament, troncs de tipus totèmic). Hom ha distingit fins a sis fases en la construcció del monument, durant la transició del Neolític a l’edat del bronze (3000-1500 aC), però a grans trets se’n poden distingir tres períodes. El primer (vers el 3000 aC) era una gran plataforma circular de terra, de 97,5 m de diàmetre, amb petites fosses d’incineració. El segon representà la construcció (vers el 2500 aC) d’un doble cercle concèntric de pedres (en una bona part desaparegudes) i, vers el 2200 aC, d’una avinguda de prop de mig quilòmetre. Durant el període final (vers 1500-1400 aC) fou elevat un cercle de 30 menhirs de 5 m d’alt, units per la part superior per pedres planes que feien un cercle elevat. El monument, que ha estat estudiat des del segle XVIII, ha donat lloc a moltes interpretacions, sovint fantasioses, però el caràcter de temple o lloc religiós, especialment funerari, sembla indiscutible. Els celtes en feren les pedres sagrades de llur mitologia. L’any 1986 fou declarat patrimoni de la humanitat per la UNESCO.
El 2010 foren descoberts a menys d’1 km del monument una sèrie de fossats de prop d’un metre d’amplada disposats circularment. Hom suposa que aquests fossats sostenien grans troncs que es mantenien drets. Datat aproximadament del 5000 aC, el “nou Stonehenge” sembla que també era utilitzat amb funcions cerimonials, molt especialment de tipus funerari.
Restes de l’estructura megalítica més gran coneguda a la Gran Bretanya foren descobertes el 2020 al jaciment neolític de Durrington Walls, a 3 km del monument principal de Stonehenge. Datada aproximadament del 3000 aC, l’estructura consisteix en almenys vint fosses de 10 m de diàmetre i 5 m de profunditat que formen un anell circular de més de 2 km de diàmetre.