표지 장황은 황색 종이에 斜格卍字 문양이 있으며, 종이로 된 제첨 위에 사주쌍변의 광곽을 그리고 ‘渾天全圖’를 필사하였다. 표제 아래에는 ‘全’이라고 전체 책수가 표시되어 있다. 가로 3절, 세로 2절로 된 접포식 장정이다. 사주쌍변의 광곽에 인쇄된 흑색 목판본 지도이며, 가운데 상단에 ‘渾天全圖’라는 지도명이 인쇄되어 있다. 인쇄 상태로 보았을 때 19세기에 후쇄된 지도라고 판단할 수 있다.

 본 천문도는 조선 전기의 『天象列次分野之圖』의 전통적인 내용에 서양에서 받아들인 천문지식을 함께 담았다. 조선은 17세기부터 서양 선교사들을 통해 유입된 서양의 천문지식을 조선의 천문도 제작에 반영하기 시작하였다. 우리나라의 천문도는 크게 중국 천문도의 전통을 이어받은 ‘舊法天文圖’와 서양의 천문지식에 영향을 받은 ‘新法天文圖’가 있는데, 장서각 소장의 『혼천전도』는 신법천문도에 속한다.

 장서각 소장의 『혼천전도』는 다음과 같이 구성되어 있다. 가운데 星座를 그리고 그 위쪽에 七政周天圖, 日月交食圖, 24節太陽出入時刻圖가 있고, 아래쪽에 24節晨昏中星, 七政新圖, 弦望晦朔圖, 七政古圖가 있다. 성도의 형식은 대체로 태조 때의 천문도와 같은 전통적인 형식에 유럽의 성도 형식을 절충한 것이다. 남북의 항성으로 모두 336좌 1,449개의 별을 그렸고, 그중 남반구의 별 33좌 121개를 포함하였다.

 지도의 상단에 있는 「칠정주천도」는 오른쪽부터 태양, 달, 토성, 목성, 화성, 금성, 수성에 대한 망원경 관측도와 함께 행성에 대한 설명을 적고 있다. 토성에는 띠와 5개의 위성이 있고, 목성에는 4개가 그려져 있다. 각 행성들의 크기가 비교되어 있고 지구로부터의 거리도 적혀 있다. 「칠정주천도」의 왼쪽에 「日月交食圖」가 있어 일식과 월식의 원리를 정확하게 보여주고 있다. 지도의 하단 왼쪽에 「七政古圖」가 있는데, 이것은 지구를 중심으로 하는 프톨레마이오스의 우주관을 설명하고 있다. 다른 편에는 지구가 중심이기는 하지만 태양이 다른 행성들을 거느리고 지구를 도는 T. 브라헤의 우주관을 「칠정신도」로 그렸다. 이는 『혼천전도』가 18세기에 이미 중국에 소개된 코페르니쿠스의 우주관을 반영하고 있지 않다는 사실을 알려준다.

 전통적인 천문도의 경우 적도가 천문도의 중앙에 위치하고 황도와 적도의 반경이 같아 춘분점과 추분점이 180도를 이루지 않는데, 장서각 소장의 『혼천전도』는 적도와 황도를 천문도의 중심으로부터 약간씩 이동시켜 작도하여 춘분점과 추분점이 180도를 이루게 하였다.

 장서각 소장의 『혼천전도』는 조선의 지식인들이 전통적인 천문관과 새로운 천문관을 어떻게 결합시켜 이해했는지를 보여주는 좋은 자료이다.