המזבח החצוב בסלע בגבעת הראל נמצא כק"מ וחצי מערבית משילה, בתחומי גבעת הראל, בגובה 740 מטר מעל פני הים. המזבח חצוב בסלע, ניצב על גבי טרסה, ומעליו ומתחתיו מדרון תלול ומצוקי - כך שהמזבח בולט על פני השטח. מתחתיו מצוי כבשןסיד קדום. 600 מטר מערבה לכבשן, נובע מעיין "עין מחֵיבִּר" (נקרא היום גם "עין עֹז"), אשר מצידו כבשן נוסף.
המזבח נמצא ברום המדרון המשקיף על נחל שילה, בקטע הנחל המחבר את עמק שילה ועמק לבונה - מקטע מדרך האבות, וכנראה שזהו "מעלה לבונה" הקדום. קטע-נחל זה נקרא כיום נחל (ואדי) עלי. המזבח ניצב במפנה הדרומי של ההר ופונה לגבעת הרואה עליה שרידי חווה עתיקה ותעשיות חקלאיות נלוות ולעין עוז, וכנראה נצפה לעוברי-דרכים שעברו בנחל.
בשנת 2019 בעקבות עבודות בנייה ביישוב הסמוך גבעת הראל התדרדר סלע ופגע במזבח. הסלע שהתדרדר טרם פונה נכון לספטמבר 2019 והנזק לממצא ההיסטורי טרם טופל.
ייחודו של המזבח
דורון ניר-צבי ויואל אליצור מצביעים על העובדה כי מאמץ רב הושקע בסיתותו של המזבח. הקדמונים אף טרחו לעצב בראשו ארבע קרנות, מתוך הסלע הטבעי. המזבח שייך בוודאי לפולחן עממי, שהתקיים מחוץ לעיר המיושבת ולא קשור למקדש כל שהוא, שהרי שרידים ליישוב לא נמצאו בסביבה.
החוקרים מסכמים לגבי המזבח את ההיבטים הבאים:
עיצובו ומידותיו של המזבח - תואמים את אלה של "מזבח העולה", כפי שמצוין במקרא, כדלקמן: "וְעָשִׂיתָ אֶת-הַמִּזְבֵּחַ, עֲצֵי שִׁטִּים: חָמֵשׁ אַמּוֹת אֹרֶךְ וְחָמֵשׁ אַמּוֹת רֹחַב, רָבוּעַ יִהְיֶה הַמִּזְבֵּחַ, וְשָׁלֹשׁ אַמּוֹת, קֹמָתוֹ. וְעָשִׂיתָ קַרְנֹתָיו, עַל אַרְבַּע פִּנֹּתָיו--מִמֶּנּוּ, תִּהְיֶיןָ קַרְנֹתָיו; וְצִפִּיתָ אֹתוֹ, נְחֹשֶׁת.(שמות, כ"ז, א'–ב'). שני מזבחות אחרים: בתל ערד ובצרעה - אף הם בעלי מבנה דומה.
המיקום הטופוגרפי של המבנה - באמצע מדרון ולא בפיסגה אינם תואמים את התיאור המקראי של הפולחן הכנעני האלילי ושל יורשו הישראלי: " וַיִּבְנוּ גַם-הֵמָּה לָהֶם בָּמוֹת וּמַצֵּבוֹת, וַאֲשֵׁרִים, עַל כָּל-גִּבְעָה גְבֹהָה, וְתַחַת כָּל-עֵץ רַעֲנָן (מלכים א', י"ד, כ"ג) ובספר הושע: " עַל-רָאשֵׁי הֶהָרִים יְזַבֵּחוּ, וְעַל-הַגְּבָעוֹת יְקַטֵּרוּ, תַּחַת אַלּוֹן וְלִבְנֶה וְאֵלָה, כִּי טוֹב צִלָּהּ; עַל-כֵּן, תִּזְנֶינָה בְּנוֹתֵיכֶם, וְכַלּוֹתֵיכֶם, תְּנָאַפְנָה (ד', י"ג). גם הר הבית, משכן שילה והמזבח בהר עיבל אינם על פסגת ההר.
כיוון צלעות המזבח לכיווני אמצע רוחות השמים - צפון-מזרח, צפון-מערב, דרום-מערב, ודרום-מזרח, בדומה ל"מזבח מנוח" בצרעה והמזבח בהר עיבל, אך בניגוד למיקום בהר הבית. הטענה היא כי המיקום בהר הבית נוצר בשל ההתאמה שנדרשה לשאר המבנים ואילו כאן אין מבנים והצדדים נבחרו באופן בלתי-תלוי.
המזבח נחצב משכבות סלע בה התקיים מפגש בין תצורת חוואר מוצא לבין תצורת עמינדב. מפגש החוואר עם גיר גרם לכך שסלע גדול, "בולדר" (Boulder), אשר נמצא מעוצב בצורת מזבח, ניתק מתוך גוש סלעי, הנמצא מטרים אחדים גבוה יותר. הסלע עצמו הוא מגיר רך חווארי, שקרום קשה יותר התפתח מעליו. רכותו היחסית של הסלע הפכה אותו לנוח לחציבה מצד אחד, אך גם לפגיע יותר לבלייה לאחר תום השימוש במזבח. גוש סלעי גדול יותר צמוד אל המזבח מצפון, וצידו הפונה אל המזבח נראה מיושר. המרחק בין שני הגושים נעשתה בידי האדם, לפי ההשערה, בעת חציבת הסלע.
מבנה הסלע
בראש המזבח ניכרות ארבע קרנות ובמישור העליון - סימני יישור מלאכותי, היוצרים זווית ישרה בין הקרנות ובין מקום מערכת האש שעל גג המזבח. בצד החיצוני של המזבח ניכרת בלייה והוא אינו מיושר. גג המזבח אינו ריבוע מלא, ייתכן כי לא הספיקן לעשות כן. (תופעה דומה התגלתה גם במזבח מנוח בצרעה).
המזבח ממוקם במדרון ההר. לכן הצד הנמוך שלו, בדרום, נמוך מהצד הגבוה - בצפון. יש פגימות במבנה בשני מקומות: האחת, קיום בליטה מעוגלת והשנייה, פגימה ברוחב מטר.
למרגלות המזבח, במרחק כמטר אחד מצד דרום-מערב נמצאה פיסת סלע מושחרת, הנראית כחלק מקרום קשה שהיה על גג המזבח. ניכר בה שהיא נשרפה בחום גבוה מאוד ומראיה דומה לאבנים הנמצאות לעיתים קרובות בקרבת כבשני סיד.
מידות המזבח
המידות של ראש המזבח הן כדלקמן: 2.20 מ' על 2.10 מ' על 2.15 מ' על 3.25 מ'. המזבח עצמו מעט יותר גדול: מ-2.90 מ' עד 3.40 מ'.
גובה הצלעות: מ-3.20 מ' בדרום-מערב עד 1.20 מ' בצפון-מזרח.
גובה הקרנות: מ-75 ס"מ במערב עד 37 ס"מ בצפון.
זוויות המזבח מכוונות לארבע רוחות השמים: צפון, דרום, מזרח ומערב.
שרידי קרמיקה
בסביבה הקרובה של המזבח לא נמצאו שרידים למבנים עתיקים. יש מעט קרמיקה מהתקופה הרומית - התקופה הביזנטית, כנראה מהחלק הגבוהה יותר של הגבעה. ריכוז גדול יותר נמצא מעט מתחת לפיסגה והוא מתאים לימי בית שני. כן לא נמצאו אבני פסיפס.
דורון ניר-צבי ויואל אליצור סבורים כי מזבחות העולה נבנו מאמצעים פשוטים ולפי טבעם אינם משתמרים לאורך זמן. המזבחות הוקמו על משטחי סלע טבעי או על מזבח אדמה. אולי גם בשל מפעלו של חזקיהו המלך לטיהור הארץ ממזבחות. אלו הן הסיבות שבגללן לא נמצאו מזבחות עולה בארץ.