سیر تاریخی مرقد فاطمه معصومه در طول دوره‌های مختلف دستخوش تغییراتی بوده‌است. در سال ۶۰۵ هجری «امیر مظفر احمد بن اسماعیل» بزرگ خاندان آل مظفر، بزرگ‌ترین استاد کاشی‌ساز آن زمان «محمد بن ابی طاهر کاشی قمی» را به‌کار ساخت و پرداخت کاشی‌های متنوع مرقد واداشت. او به مدت هشت سال به این کار مشغول بود تا سرانجام در سال ۶۱۳ کاشی‌های مرقد آماده و کار گذاشته شد.
به نوشته شاردن، سیاح فرانسوی عصر صفوی، در کتیبه سردر بنا کلمه «مشتاق درک» جهت ثبت سال بنا درج شده بود که به حساب ابجد ۱۰۶۵ (زمان سلطنت شاه عباس دوم) می‌شود.
در سال ۱۳۰۱ خورشیدی آرامگاه برای نخستین بار مجهز به چراغ برق شد. با تصویب مجلس، موتور برق کاخ سلطنتی که به‌تازگی با موتور دیگری جایگزین شده بود به این آرامگاه واگذار شد.[۱]
در سال ۱۳۷۷ شمسی مرقد به شکل جدید که آمیخته‌ای از کاشی و سنگ است تجدید بنا شد و همچنین دیواره‌های داخلی با سنگ مرمر سبز آراسته گردید.
