پس از دفن حضرت معصومه (س) موسى بن خزرج سایبانى از بوریا بر فراز قبر شریفش قرار داد تا این که حضرت زینب فرزند امام جواد(ع) به سال ٢٥٦ هجرى قمرى اولین گنبد را بر فراز قبر شریف عمه بزرگوارش بنا کرد.
بنایی كه این بانو برافراشت تا ۳۷۶ هجری قمری كه تاریخ قم نگاشته شده، برجا بوده است. در اواسط قرن پنجم هجری امیر ابوالفضل روضه منوره را تجدید بنا كرد و این بنا تا قرن ششم هجری و آغاز دوران صفویه برجا بوده است.
در دوره صفویه حرم مطهر فاطمه معصومه(س) توسعه یافت و در قاجار نیز بر عمارت‌های آن از نظر كمی و كیفی افزوده شد.
این مرقد مطهر تا همین امروز هم قرارگاه عاشقان اهل بیت(ع) مانده و شیعیان و مسلمانان از هر نقطه دنیا برای زیارتش رنج سفر را به خود هموار می‌كنند. پس از پیروزی انقلاب اسلامی طرح‌های مختلف توسعه كمی و كیفی حرم مطهر اجرا شده و این بارگاه را به یكی از باشكوه‌ترین بارگاه‌ها پس از حرم امام رضا(ع) تبدیل كرده است.
نخستین ضریح مرقد مطهر فاطمه معصومه(س) ساخته شاه طهماسب اول است. در شمال این ضریح دری چوبی برای ورود به مرقد داشت كه در سال ۱۲۱۳ هجری قمری به دستور شاه فتحعلی شاه دری نفسی از طلا ساخته و با آن جایگزین شد.
بعدها شاه طهماسب اول ضریحی دیگر از فولاد سفید و شفاف در اطراف ضریح پیشین حرم نصب كرد كه این ضریح بعدها توسط فتحعلی شاه با نقره پوشانده شد.
نگینی بر تارك قم
گنبد
این حرم مطهر كه چون نگینی بر تارك شهر قم می‌درخشد هم در جای خود داستان
زیبایی دارد. اولین گنبدی که «پس از سایبان حصیری موسی بن خزرج» بر فراز
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 ۴۴۷ هجری 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 رنگ‌آمیزی و تزیینات آجری و کاشی بدون ایوان و حجره بنا نهاد، که تمام قبور سادات و آن بانوان را فرامی‌گرفت.
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. نهایتاً در سال ۱۲۱۸ هجری همزمان با سلطنت فتحعلی شاه قاجار گنبد با خشت‌هایی طلایی تزیین شد که تا سال ۱۳۷۹ شمسی باقی‌ماند.
در سال ۱۳۸۰ به علت تخریب ظاهر گنبد طرح مرمت آن در دستور كار قرار گرفت كه در سال ۸۴ به پایان رسید.
گنجینه‌ای از هنرهای اسلامی
امروز مجموعه حرم مطهر علاوه بر در اختیار قرار دادن دنیایی از معنویت و زیبایی، یك گنجینه‌ای تاریخی برای شهر قم هم محسوب می‌شود. مجموعه بناهای قدیمی حرم حضرت معصومه كه امروز به ثبت ملی هم رسیده، از دیدگاه تاریخی و معماری اسلامی نكات بسیاری در خود نهفته دارد.
صحن عتیق كه قدیمی‌ترین صحن حرم مطهر محسوب می‌شود، با ایوان طلا و سر در ساعتش شناخته می‌شود.
در قرن دهم هجری دختر شاه اسماعیل صفوی این صحن را به شكل مربعی با سه ایوان در حرم مطهر حضرت معصومه (س) بنا کرد که بعدها فتحعلی شاه، ظاهر آن را تغییر داد و به شکل هشت‌ضلعی نامنظم درآورد.
صحن عتیق حرم مطهر کریمه اهل‌بیت(ع)، قدیمی‌ترین صحن حرم است و دارای ۳۶ متر طول ۳۵ متر عرض و هفت ایوان شامل چهار ایوان در جنوب و سه ایوان در شمال است که البته این صحن در گذشته به صورت دو صحن کوچک بوده و از زمان فتحعلی شاه قاجار به این شکل در آمده است.
در ضلع جنوبی این صحن ایوان طلا قرار دارد و ایوان‌های دو سوی آن در سه جانب دیگر شانزده بقعه از جمله مقابر دو پادشاه قاجار را در خود جای داده است.
در گذشته راه ورود به حرم مطهر از قسمت شمالی صحن عتیق بود که مدرسه فیضیه نیز در این قسمت قرار داشت و در ورودی آن سر در زیبایی به همراه یك ساعت قدیمی متعلق به دوره صفوی مشاهده می‌شد.
ضلع غربی این صحن به صحن مسجد اعظم راه دارد و در ضلع شرقی نیز راهرویی صحن عتیق را به صحن اتابکی متصل می‌کند که در سال‌های اخیر به تعداد این راهرو به منظور سهولت رفت‌وآمد زائران افزوده شده است.
مدفونین در حرم حضرت معصومه(س)
مدفونین حرم حضرت معصومه(س) یكی دیگر از جاذبه‌های این فضای معنوی به شمار می‌رود. زیر گنبد حضرت معصومه(س) ۵ تن از امام زادگان و همراهان این بانو در سفر قم مدفون هستند.
گروه دیگر که در جوار حرم کریمه اهل بیت(س) آرمیده‌اند علمای شیعه هستند؛ مشهورترین قبری که در اولین پرسش از خدام، به سوی آن راهنمایی می‌شوید، مزار "آیت‌الله بروجردی" است. سنگ قبر بزرگ و برجسته‌ای که در راهروی مسجد اعظم قم در کنار مسجد بالاسر، زیر گنبد زیبایی قرار دارد و افراد معمولاً در آنجا فاتحه و دعا می‌خوانند.
مقابل آن در مسجد بالاسر حرم، چند قبر قرار دارد که جز دو یا سه ساعت بعد از نماز ظهر که خانم‌ها می‌توانند وارد این قسمت شوند، در دیگر ساعت‌ها فقط برای ورود آقایان باز است. در اینجا مزار استاد "شهید مطهری"، "علامه طباطبائی"، "آیت‌الله بهاءالدینی"، "آیت‌الله عبدالکریم حائری" (موسس حوزه علمیه قم)، "آیت‌الله بهجت" و بسیاری از مراجع تقلید و علمای شاخص قرار دارد.
در سمت صحن اتابک وسط حیاط، سنگ قبر مرتفع "قطب‌الدین راوندی"، از علمای شیعی قرن ششم قرار دارد. در حجره‌های صحن اتابک افراد مشهوری دفن هستند كه از جمله می‌توان به پروین اعتصامی و شهید مفتح اشاره كرد.
در یکی دیگر از حجره‌ها مزار "شیخ فضل‌الله نوری" قرار دارد؛ قبری بزرگ با عکس بزرگ از ایشان.
چهار پادشاه از صفویان، دو پادشاه از قاجار، و همچنین تعدادی از شاهزادگان قاجار از جمله درباریانی هستند كه در حرم حضرت معصوم دفن شده‌اند. شاه صفی، شاه عباس دوم، شاه سلیمان و شاه سلطان حسین پادشاهان صفوی در سمت جنوب غربی حرم (رواق جنوبی) دفن شده‌اند.
فتحعلی شاه قاجار و محمدشاه قاجار پادشاهان قاجار هم در ضلع شمالی صحن عتیق دفن شده‌اند. اكنون سنگ‌قبرها برداشته شده و در موزه آستانه حضرت معصومه(س) نگهداری می‌شوند.