امامزاده حسین معروف به شاهزاده حسین نیز نامیده می‌شود به فاصله‌ای اندک از میدان امام در ابتدای خیابان شهدای شهر همدان قرار دارد.
بقعه امامزاده حسین از نظر معماری زیبا بوده و از چندین بخش مختلف شکیل شده است. ساختمان مقبره رو به شمال بوده و از یک ایوان کوچک ورودی و دو حرم با پلان‌های صلیبی و 8ضلعی منظم تشکیل شده است. نمای ورودی امامزاده دو طبقه است که در هر طبقه حجره‌هایی واقع شده و دارای رسمی‌بندی‌هایی در داخل طاق‌نما می‌باشد. حرم یا شبستان فضایی بزرگ به شکل 8ضلعی است که طول هر ضلع آن 3/5 متر است. تمامی دیوارهای حرم آینه‌کاری شده و از کف شبستان تا شروع آینه‌کاری‌ها، با سنگ مرمر کرم پوشیده شده‌اند. در میانه حرم، ضریح فلزی بزرگ و نقره‌کوبی به شکل مکعب دیده می‌شود که درون آن سنگ قبری قرار دارد و روی آن با پارچه ترمه پوشانده شده است. گنبد پوششی بنا از نوع گنبدهای دوپوش است. مصالح به کار رفته در ساخت این بنا سنگ، آجر، ملات گچ و خاک است. با توجه به شواهد موجود، بنای این امامزاده متعلق به دوره صفویان است اگرچه معمرین و تاریخ‌نگاران معتقدند قدمت نخستین بنای این زیارتگاه به دوره هلاکوخان مغول در قرن هفتم هجری قمری می‌رسد. در دوره قاجاریه تغییراتی در این بنا صورت گرفت.
بر اساس پژوهش‌های صورت گرفته توسط حاج شیخ حسین عندلیب‌زاده در کتاب «پژوهشی درباره امامزادگان همدان»، شخص دفن شده در این مزار حسین بن علی النقی(ع)؛ فرزند امام علی النقی و برادر امام حسن عسگری(ع) می‌باشد.
در جوار این امامزاده شماری از رجال علم و ادب یا وابستگان حکومت‌های وقت از جمله آباغا خان فرزند هلاکو خان مغول و نیز سرِ شاه سلطان حسین صفوی (1140 هجری قمری) دفن شده است.
