معماری در جهان اسلام یکی از بزرگترین جلوه‌های ظهور یک حقیقت هنری در کالبد مادی بشمار می‌رود. از لحاظ تاریخی معماری اولین هنری بشمار می‌آید که توانست خود را با مفاهیم اسلامی سازگار نموده، از طرف مسلمانان مورد استقبال قرار گیرد. معماری اسلامی بعنوان یکی از موفق‌ترین شیوه‌های معماری در تاریخ معماری جهان قابل بازشناسی است. در یک نگاه جامع نگر می‌توان پیوستاری ارزشمند و پویا را در بناهای اسلامی باز شناسی کرد که موجب شده تمامی آنها در قالبی واحد با عنوان معماری اسلامی در کنار یکدیگر قرار گیرند. حرم فاطمه معصومه در میان بقعه با بلندی ۲۰/۱ و طول و عرض ۹۵/۲ در ۲۰/۱ متر قرار گرفته و با کاشی‌های نفیس و زرفام (آغاز قرن هفتم پوشیده شده‌است. گرداگرد مرقد، دیواری به بلندی دو متر و طول و عرض تقریبی (۸۰/۴ در ۴۰/۴) قرار دارد که در سال ۹۵۰۰ بنا گردید و با کاشی معرق آراسته شد که اکنون این دیوار با ضریح مشبک از جنس نقره پوشیده شده است.
اولین گنبدی که «پس از سایبان حصیری موسی بن خزرج» برفراز قبر فاطمه معصومه بنا شد، قبه‌ای برجی شکل بود که به همت زینب دختر محمد تقی از مصالح آجر و سنگ و گچ در اواسط قرن سوم هجری ساخته شد. به مرور زمان و پس از دفن بعضی از بانوان علوی در جوار فاطمه معصومه دو گنبد دیگر در کنار گنبد اول ساخته شد. این سه گنبد تا سال ۴۴۷ هجری ی برقرار بودند تا این که در همان سال «میر ابوالفضل عراقی» (وزیر طغرل کبیر) به تشویق شیخ طوسی به جای آن سه گنبد، گنبد مرتفعی، آراسته به نقش‌های رنگ آمیزی و تزیینات آجری و کاشی بدون ایوان و حجره بنا نهاد، که تمام قبور سادات و آن بانوان را فرا می‌گرفت. در سال ۹۲۵ هجری قمری همین گنبد به همت «شاه بیگی بیگم» همسر شاه اسماعیل تجدید بنا و سطح خارجی گنبد با کاشی‌های معرق آراسته گردید. ضمناً ایوان رفیع با دو مناره در صحن عتیق ساخته شد. نهایتاً در سال ۱۲۱۸ هجری همزمان با سلطنت فتحعلی شاه قاجار گنبد با خشت‌هایی طلایی تزیین شد که تا سال ۱۳۷۹ شمسی باقی‌ماند. درسال ۱۳۸۰ به علت تخریب ظاهر گنبد و جهت جلوگیری از وارد شدن صدمات دیگر به ساختمان گنبد توسط تولیت آستانه مقدسه، مسعودی خمینی جهت بازسازی و تعمیرات اساسی گنبد حرم اقدام شد و خشت‌های طلایی سابق جمع‌آوری گردید. پس از بازسازی و تعمیرات اساسی که با هزینه‌ای بالغ بر ۲۵ میلیارد ریال بر روی گنبد صورت گرفت، پرده برداری از گنبد جدید در تاریخ ۶/۲/۱۳۸۴ هجری شمسی به دست آیت الله بهجت انجام شد.
