Пирамида претерпела семь этапов строительства, первое строение имело отклонение от севера к востоку на 11—12о, а затем уже оно стало каноническим — 15,5о. Пять из семи этапов сопровождались ритуальными жертвоприношениями81. То, что сегодня видят туристы — это результат последнего, весьма незначительного обновления. В III веке на четвёртом этапе произошло существенное расширение, когда сооружение увеличили в девять раз — до этого размер основания по оси восток-запад здания второго и третьего этапов равнялся скромным, соответственно, 29,3 м и 31,3 м, а после достиг 88,84 м. Столь масштабная перестройка была связана с усилением политической централизации. В тот же период город подстроили под ныне различимую ортогональную планировку. Пятый этап строительства ознаменовал собой наступление некоего важного момента в истории города, поскольку форма пирамиды претерпела значительные изменения — отныне монумент состоял из собственно пирамиды и примыкающей к ней небольшой платформы
Строили пирамиду Луны с использованием высушенных на солнце кирпичей (
Исходя из имеющихся данных, пирамида Луны стала первым построенным сооружением среди трёх архитектурных символов Теотиуакана — пирамид Луны, Солнца и Пернатого змея. Её строительство началось в фазу Патлачике (100—1 гг. до н.э.). Своё нынешнее название она получила от ацтеков, которые именовали это сооружение
Южная и северная стороны основания пирамиды последнего этапа имеют длину 148,43 м., а восточная и западная — около 130 м. Высота пирамиды 42 м. Она ниже пирамиды Солнца, однако её нахождение на небольшом возвышении компенсирует эту разницу. Объём пирамиды равен примерно 420 тыс. м3. Всего на строительство с учётом всех этапов ушло около 5,6 млн. человеко-часов.
У западной границы площади Луны была обнаружена выполненная из андезита статуя, имеющая вес 23,8 тонн и высоту 3,16 метров, которая, как изначально предположил в 1882 году Х. Санчес, изображает Богиню воды. Вывод основан на том, что в целом данная скульптура похожа на Божество земных вод из ацтекского пантеона (возможно, она служила прообразом ацтекской Чальчиутликуэ), однако существует также мнение, что статуя является образом Великой богини, связанной с изобилием и горой Серро-Гордо, а согласно предположению З. Паулиньи это богиня кукурузы. С 1889 года монумент находится в Национальном музее антропологии в Мексике. Чуть поодаль, на самой площади нашли ещё одну статую Великой богини, правда, сильно повреждённую. Сейчас её высота достигает 169 см., вполне вероятно, что раньше она была выше. Туристы могут увидеть данную статую у юго-восточного угла алтаря площади Луны (возможно, когда-то она располагалась на его вершине).
Некоторые исследователи предполагают, что сама пирамида Луны являлась символом воды, земли, мира духов и, вероятно, движения луны. С. Тобринер, Э. Авени и Дж. Ковальски считают, что она олицетворяла «Водную гору». Работы С. Сугиямы и его коллег помогли выявить связь пирамиды с женским началом, водой и подношениями животных.