نخستين گنبدى که پس از سايبان حصيرى موسى بن خزرج بر فراز تربت پاک فاطمه ى معصومه(ع) بنا گرديد، قبه اى برجى شکل بود که به همت بانو زينب دختر امام نهم محمد جواد(ع)، از مصالح؛ آجر، سنگ و گچ در اواسط قرن سوم هجري قمرى ساخته شد. به مرور زمان و پس از دفن بعضى از بانوان علوى در جوار مرقد ايشان، دو گنبد ديگر در کنار گنبد اول ساخته شد. اين سه گنبد تا سال 457 هـ ق برقرار بودند تا اين که در همان سال مير ابوالفضل عراقى وزير طغرل کبير به تشويق مرحوم شيخ طوسى به جاى آن سه گنبد، گنبد مرتفعى را، آراسته به نقش هاى رنگ آميزى و تزيينات آجرى و کاشى بدون ايوان و حجره ها بنا نهاد، که تمام قبور سادات و آن بانوان را فرا مى گرفت.
در سال 925 هـ ق اين گنبد به همت شاه بيگى بيگم دختر شاه اسماعيل صفوى پس از تخريب به طرز با شکوهى تجديد بنا شد و سطح خارجى گنبد با کاشى هاى معرق آراسته گرديد. همچنين ايوان رفيع با دو مناره در صحن عتيق ساخته شد و به تدريج بر بناى آن افزوده شده است.
در سال 1218 هـ ق همزمان با سلطنت فتحعلى شاه قاجار و به فرمان او گنبد مطهر با دوازده هزار خشت زرين و طلايى تزيين و آراسته شد. ارتفاع گنبد از سطح بام شانزده متر و از سطح زمين32 متر است. پيرامون خارجى آن 6/35 و پيرامون داخلى آن 66/28 ، قطرش دوازده متر است و مساحت سطح ظاهرى آن نيز چهارصد متر مربع است و تا سال 1379 باقى ماند.
اشعارى در اين سال هنگام ترسيم گنبد حک شده توسط فتحعلي خان صبا سروده شده نقل مى شود:
آتش موسى عيان از سينه ى سيناستي** يا که زرين بارگاه بضعه ى موساستي
بضعه ى موسى بن جعفر فاطمه کز روى قدر** خاک درگاهش عبير طره ى خوراستي
تو گلى رنگين ز طرف گلشن يا سين بود** آيتى روشن ز صدر نامه ى طاهاستي
پرتويى از آفتاب اصطفاى مصطفي** زهره اى از آسمان عصمت زهراستي
صحن او را هست اقصى پايه ى عزت چنان** کز شرف مسجود سقف مسجد اقصاستي
پستى از صحن حريمش را به پا طاق حرم** کين مکان عزت و آن مسکن غبراستي
در سال 1381 (مصادف با روز عيد سعيد غدير) با توجه به تخريب وضع ظاهرى گنبد و جهت جلوگيرى از وارد شدن صدمات ديگر به ساختمان آن، توليت آستانه مقدّسه طى مراسمى اقدام به بازسازى، تعميرات اساسى و خشت گذارى گنبد مطهّر نمود و به اين جهت خشت هاى طلاى سابق جمع آورى گرديد و حدود نوزده کليو طلاى 24 عيار و 11400 ورق مسى جديد به کار گماشته شد، خشت ها در ابعاد 22*22 سانتى متر به عنوان يادبود پيروزى انقلاب اسلامى ايران در 22 بهمن ماه سال 1357 و به تعداد 12455 قطعه کوچک و بزرگ با هزينه اى بالغ بر 25 ميليارد ريال انجام گرديد، کتيبه هايى که در کاشى هاى پايين ساقه گنبد حک شده از اشعار به خطّ نستعليق و به شکل بسيار هنرمندانه و زيبا قالب ريزى شده است و قبل و بعد از هفده رديف خشت استوانة گنبد به مناسبت هفده روز اقامت کريمه اهل بيت(ع) در شهر قم قرار گرفته است، از گنبد در مراسم جشن ميلاد پيامبر اکرم(ص) و امام جعفر صادق (ع) در روز سه شنبه ششم ارديبهشت ماه سال 1384 طى مراسمى پرده بردارى گرديد.
