آرامگاه فاطمه معصومه در میان بقعه با بلندی 20/1 و طول و عرض 95/2 در 20/1 متر قرار گرفته و با کاشی‌های نفیس و زرفام (آغاز قرن هفتم پوشیده شده‌است. گرداگرد مرقد منور، دیواری به بلندی دو متر و طول و عرض تقریبی (80/4، در , 40/4) قرار دارد که در سال 950 بنا گردید و با کاشی معرق آراسته شد. که اکنون این دیوار با ضریح مشبک از جنس نقره پوشیده شده‌است.
تاریخچه
سیر تاریخی مرقد فاطمه معصومه در طول دوره‌های مختلف دستخوش تغییراتی بوده است.
در سال 605 هجری «امیر مظفر احمد بن اسماعیل» بزرگ خاندان آل مظفر، بزرگ‌ترین استاد کاشی‌ساز آن زمان «محمد بن ابی طاهر کاشی قمی» را به‌کار ساخت و پرداخت کاشی‌های متنوع مرقد واداشت. او به مدت هشت سال به این کار مشغول بود تا سرانجام در سال 613 کاشی‌های مرقد آماده و کار گذاشته شد. و اخیراً در سال 1377 شمسی مرقد مطهر به شکل جدید که آمیخته‌ای از کاشی و سنگ است تجدید بنا شد و همچنین دیواره‌های داخلی با سنگ مرمر سبز آراسته گردید.
ضریح
در سال 965 هجری شاه طهماسب صفوی، در چهار طرف مرقد ضریحی آجری آراسته به کاشی‌های هفت رنگ و کتیبه‌های معرق بنا نمود و در اطراف آن منافذی باز بود تا هم مرقد دیده شود و هم زائران نذورات خود را داخل ضریح بریزند.
در سال 1230 هجری قمری فتحعلی شاه همان ضریح را نقره پوش کرد که این ضریح به مرور زمان فرسوده شد و در سال 1280 ضریحی که از نقره ضریح سابق و نقره‌های موجود در خزانه ساخته شده بود به جای آن نصب گردید.
این ضریح چندین مرتبه تجدید بنا و اصلاح شد و سال‌های متمادی روی مرقد فاطمه معصومه باقی بود تا این که در سال 1368 هجری شمسی به دستور تولیت آن زمان شکل ضریح را تغییر دادند و ضریحی را با ظرایف و شاهکارهای هنری ویژه‌ای به جای آن نصب نمودند که آن ضریح همچنان برفراز قبر فاطمه معصومه برقرار است و در اسفند ماه 1380 شمسی اصلاحات و تعمیرات جدید صورت گرفت. تمام قسمت‌های نقره‌ای ضریح از نقره 92 درصد با بهترین نوع از نقره 100 درصد خالص خریداری شده از بانک مرکزی جمهوری اسلامی ایران و چوب‌های زیر آن اعم از ستون و پایه و … به دست استادکاران اصفهانی ساخته و قلم‌زنی شد و کارشناسان آستانه مقدسه (قسمت نقره‌ای) آن را تعویض کردند و ضریح سابق که فرسوده شد به خزانه حضرت تحویل داده شد .
گنبد
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 امام جواد 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 447 هجری ی برقرار بودند تا این که در همان سال «میر ابوالفضل عراقی» (وزیر طغرل کبیر) به تشویق شیخ طوسی (ره) 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 925 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 1218 هجری همزمان با سلطنت فتحعلی شاه قاجار گنبد با خشت‌هایی طلایی تزیین شد که تا سال 1379 شمسی باقی ماند. درسال 1380 به علت تخریب ظاهر گنبد و جهت جلوگیری از وارد شدن صدمات دیگر به ساختمان گنبد به همت تولیت آستانه مقدسه، آیت‌الله مسعودی خمینی جهت بازسازی و تعمیرات اساسی گنبد حرم اقدام شد و لذا خشت‌های طلایی سابق جمع‌آوری گردید و پس از بازسازی و تعمیرات اساسی که با هزینه‌ای بالغ بر 25 میلیارد ریال بر روی گنبد صورت گرفت، مراسم پرده برداری از گنبد جدید در تاریخ 6/2/1384 هجری شمسی برگزار شد .
