امامزاده شاهزاده حسین که نام کامل ایشان حسین بن علی بن موسی الرضا (ع) است، یکی از کهن‌ترین مزارهای موجود در ایران و مشهورترین و باشکوه‌ترین مکان زیارتی شهر قزوین می‌باشد. قدیمی‌ترین مأخذی که از این مزار نام برده است، کتاب «تاریخ قزوین و فضائلها» نوشته «حافظ ابوعلی خلیل بن عبدالله بن احمد قزوینی» متوفی به سال 446 هجری است و نیز در «التدوین فی اخبار قزوین» آمده است: «در این گورستان مزار منسوب به فرزند حضرت علی بن موسی الرضا (ع) است که در خردسالی درگذشته بود» و در جایی دیگر می‌نویسد: «حضرت رضا (ع) از قزوین عبور فرموده و در سرای «داود بن سلیمان غازی» که نسخه معروفه «صحیفة الرضا» را از وی روایت می‌کند، پنهان بوده است و فرزندی که در گورستان قزوین مدفون است، دو ساله یا خردسال‌تر بوده است». شیخ عبدالجلیل رازی در کتاب «النقض» پیرامون سال 560 هجری قمری می‌نویسد: «و اهل قزوین از سنّی و شیعه به زیارت ابوعبدالله حسین بن الرضا روند». بنابراین مزار امامزاده حسین (ع) در اواخر قرن چهارم و اوایل قرن پنجم شناخته شده و معروف بوده و در قرن ششم، زیارتگاه عمومی مردم به شمار می‌رفته است.
درِ ورودی امامزاده از جانب شمال است، با سردری رفیع و زیبا و 6 مناره کوتاه و بلند و دو مناره کوتاه دیگر که در انتهای دو ضلع دیوار شمالی است و با کاشی‌کاری زیبا، منظره چشمگیری را پدید آورده است. این سردر را در زمان سلطنت شاه صفی، زینت بیگم؛ دختر شاه طهماسب، در سال 1040 هجری قمری تعمیر و تجدید بنا کرد و در سال 1306 هجری قمری (دوره قاجاریه)، سعدالسلطنه؛ حاکم قزوین، آن را از نو ساخت و کتیبه زینت بیگم را که در بالای سردرِ شمالی بوده، در بالای سردرِ جنوبی قرار داد. بالای سردر، کتیبه‌ای به خط نستعلیق عالی و به رنگ سفید در کاشی لاجوردی و گلدار در دو ردیف کار گذاشته شده است. با ورود به هشتی بزرگ آن می‌توان از دو طرف به صحن امامزاده راه یافت. با فاصله کمی، سقاخانه سنگی حضرت است که کتیبه‌ای به خط نستعلیق دارد و به فاصله چند متر از سقاخانه، حوض بزرگ مرمری صحن امامزاده قرار دارد. آرامگاه امامزاده حسین (ع) در وسط محوطه‌ای قرار گرفته که دارای دیواری به صورت طاق‌نماهای مزین به کاشی رنگین با نام‌های متبرک خداوند و محمد و علی با خطوط بنایی و مشبک‌های کاشی‌کاری است. مقابل درِ ورودی شمالی بقعه ایوان بزرگی است که مقرنس‌کاری و آینه‌کاری شده و با کاشی‌های دوره صفوی آراسته شده است. چهار ستون چوبی و در دو طرف آن دو کفش‌کن که با کاشی‌کاری زینت شده است و بالای آن‌ها دو شاه‌نشین (غرفه) است که به حیاط و ایوان اشراف دارد. در شمال شرقی و غربی بقعه، دو بقعه کوچک به شکل «دارالسیاده» و «دارالتوبه» است که دارای گچ‌بری زیبا و ظریف و مشبک‌های چوبی و تزئینات رنگ‌آمیزی شده است. درِ ورودی به بقعه از ایوان شمالی، از نفایس فنِّ منبت‌کاری دوره صفویه است که با خط نسخ بسیار زیبا نام پیامبر و ائمه (ع) در بالا و پایین و اشعاری در وسط و تاریخ ساخت آن به فرمان شاه طهماسب صفوی به سال 967 هجری قمری حکاکی شده است. در چهار طرف بقعه، غرفه‌هایی است که از هر یک دری به ایوان یا رواقی گشوده می‌شود. اِزاره خارجی بنا از سنگ‌های مرمر ارزشمند و اِزاره بقعه از کاشی گل و بوته‌ای برجسته دوره صفویه است. در جانب شرقی و غربی بقعه، دو رواق بالاسر که با نقش و نگار گچ‌بری شده و رواق پایین‌سر ساده می‌باشد. سقف بقعه با خط نسخ طلایی بسیار عالی مزین به سوره جمعه و آینه‌کاری‌های رنگارنگ، ضریح نقره‌ای امامزاده را دربر گرفته است و داخل آن صندوق نفیس و کم‌نظیری است که «حسن بن عماد» مشهور به «فخر زرندی» در سال 806 هجری قمری، شاهکاری از قلمزنی و منبت‌کاری را پدید آورد که در حال حاضر در مزار امامزاده قرار دارد. در چهار طرف این ضریح، کتیبه‌هایی است که نسب صاحب مزار و تاریخ وفات ایشان در سال 201 هجری قمری قید شده و کتیبه شرقی شامل دعا و سلام بر 14 معصوم (ع) می‌باشد و آیاتی از قرآن و سال اتمام ضریح که 806 هجری قمری بوده است حک شده است. درِ جنوبی بقعه به ایوان جنوبی راه می‌یابد که از دو طرف به صحن امامزاده می‌پیوندد. شاه اسماعیل صفوی و بسیاری از بزرگان دینی و سیاسی در اطراف این امامزاده مدفون هستند.
گرداگرد محوطه امامزاده را طاق‌نماهای وسیعی فرا گرفته است که جمعاً 54 طاق‌نما و هر طاق‌نما تزئینات کاشی مخصوص به خود را دارد. پشت 10 طاق‌نمای شمالی، 10 باب حجره قرار گرفته است. در جنوب غرب حیاط، آشپزخانه حضرتی و در جنوب شرقی، حسینیه امامزاده و دو حیاط کوچک‌تر در طرف شرق آن واقع شده و درِ جنوبی آن به گلزار شهدا راه می‌یابد. در سال‌های اخیر ضریح قبلی را حدّفاصل بین راهروی مردانه و زنانه قرار داده‌اند و ضریح جدیدی به جای آن گذاشته‌اند و آینه‌کاری سقف گنبد را در تمام سطوح گسترانیده‌اند.
