آرامگاه فاطمه معصومه در ميان بقعه با بلندي ۲۰/۱ و طول و عرض ۹۵/۲ در ۲۰/۱ متر قرار گرفته و با كاشي‌هاي نفيس و زرفام (آغاز قرن هفتم پوشيده شده‌است. گرداگرد مرقد منور، ديواري به بلندي دو متر و طول و عرض تقريبي (۸۰/۴، در , ۴۰/۴) قرار دارد كه در سال ۹۵۰ بنا گرديد و با كاشي معرق آراسته شد. كه اكنون اين ديوار با ضريح مشبك از جنس نقره پوشيده شده‌است.
تاريخچه
سير تاريخي مرقد فاطمه معصومه در طول دوره‌هاي مختلف دستخوش تغييراتي بوده است.
در سال ۶۰۵ هجري «امير مظفر احمد بن اسماعيل» بزرگ خاندان آل مظفر، بزرگ‌ترين استاد كاشي‌ساز آن زمان «محمد بن ابي طاهر كاشي قمي» را به‌كار ساخت و پرداخت كاشي‌هاي متنوع مرقد واداشت. او به مدت هشت سال به اين كار مشغول بود تا سرانجام در سال ۶۱۳ كاشي‌هاي مرقد آماده و كار گذاشته شد. و اخيراً در سال ۱۳۷۷ شمسي مرقد مطهر به شكل جديد كه آميخته‌اي از كاشي و سنگ است تجديد بنا شد و همچنين ديواره‌هاي داخلي با سنگ مرمر سبز آراسته گرديد.
در سال ۹۶۵ هجري شاه طهماسب صفوي، در چهار طرف مرقد ضريحي آجري آراسته به كاشي‌هاي هفت رنگ و كتيبه‌هاي معرق بنا نمود و در اطراف آن منافذي باز بود تا هم مرقد ديده شود و هم زائران نذورات خود را داخل ضريح بريزند.
در سال ۱۲۳۰ هجري قمري فتحعلي شاه همان ضريح را نقره پوش كرد كه اين ضريح به مرور زمان فرسوده شد و در سال ۱۲۸۰ ضريحي كه از نقره ضريح سابق و نقره‌هاي موجود در خزانه ساخته شده بود به جاي آن نصب گرديد.
اين ضريح چندين مرتبه تجديد بنا و اصلاح شد و سال‌هاي متمادي روي مرقد فاطمه معصومه باقي بود تا اين كه در سال ۱۳۶۸ هجري شمسي به دستور توليت آن زمان شكل ضريح را تغيير دادند و ضريحي را با ظرايف هنري ويژه‌اي به جاي آن نصب نمودند كه آن ضريح همچنان برفراز قبر فاطمه معصومه برقرار است و در اسفند ماه ۱۳۸۰ شمسي اصلاحات و تعميرات جديد صورت گرفت. تمام قسمت‌هاي نقره‌اي ضريح از نقره ۹۲ درصد با نقره ۱۰۰ درصد خالص خريداري شده از بانك مركزي جمهوري اسلامي ايران تعويض شد و چوب‌هاي زير آن اعم از ستون و پايه و ... به دست استادان اصفهاني ساخته و قلم‌زني شد و كارشناسان آستانه مقدسه (قسمت نقره‌اي) آن را تعويض كردند و ضريح سابق فرسوده شده را به خزانه حضرت تحويل داده شد.
گنبد
اولين گنبدي كه «پس از سايبان حصيري موسي بن خزرج» برفراز قبر فاطمه معصومه بنا شد، قبه‌اي برجي شكل بود كه به همت زينب دختر امام جواد از مصالح آجر و سنگ و گچ در اواسط قرن سوم هجري ساخته شد.
به مرور زمان و پس از دفن بعضي از بانوان علوي در جوار فاطمه معصومه دو گنبد ديگر در كنار گنبد اول ساخته شد.
اين سه گنبد تا سال ۴۴۷ هجري ي برقرار بودند تا اين كه در همان سال «مير ابوالفضل عراقي» (وزير طغرل كبير) به تشويق شيخ طوسي (ره) به جاي آن سه گنبد، گنبد مرتفعي، آراسته به نقش هاي رنگ آميزي و تزيينات آجري و كاشي بدون ايوان و حجره بنا نهاد، كه تمام قبور سادات و آن بانوان را فرا مي‌گرفت.
در سال ۹۲۵ هجري قمري همين گنبد به همت «شاه بيگي بيگم» همسر شاه اسماعيل تجديد بنا و سطح خارجي گنبد با كاشي‌هاي معرق آراسته گرديد. ضمناً ايوان رفيع با دو مناره در صحن عتيق ساخته شد.
نهايتاً در سال ۱۲۱۸ هجري همزمان با سلطنت فتحعلي شاه قاجار گنبد با خشت‌هايي طلايي تزيين شد كه تا سال ۱۳۷۹ شمسي باقي‌ماند. درسال ۱۳۸۰ به علت تخريب ظاهر گنبد و جهت جلوگيري از وارد شدن صدمات ديگر به ساختمان گنبد به همت توليت آستانه مقدسه، آيت‌الله مسعودي خميني جهت بازسازي و تعميرات اساسي گنبد حرم اقدام شد و لذا خشت‌هاي طلايي سابق جمع‌آوري گرديد و پس از بازسازي و تعميرات اساسي كه با هزينه‌اي بالغ بر ۲۵ ميليارد ريال بر روي گنبد صورت گرفت، مراسم پرده برداري از گنبد جديد در تاريخ ۶/۲/۱۳۸۴ هجري شمسي برگزار شد .