پیش از به خاکسپاری علی ابن موسی الرضا(ع) به سبب وجود مقبره هارونالرشید، قبهای در این بارگاه وجود داشت. پس از به خاکسپاری امام رضا، این خاک ارج و احترام والایی یافت و از جمله در زمان دیلمیان (حدود 1000 سال پیش) با تزئینات معماری آراسته شد. غزنویان منارههایی به بارگاه افزودند (950 سال پیش) و سلطان سنجر گنبدی بر مزار ساخت و کاشیهای هشت ضلعی سنجری به آن افزود. قرنها بعد سلطان محمد خدابنده از پادشاهان صفوی گنبد فعلی را بر این بارگاه ساخت و آن را طلاکاری کرد و شاه طهماسب صفوی و شاه عباس صفوی آن را تعمیر کرده و یا به آن بخشی را افزودند. طلاکاری ایوانهایی از این بارگاه در دورههای مختلفی از جمله در زمان افشاریان و قاجار به انجام رسید.
وسعت اولیه حرم علی بن موسی الرضا(ع) ۱۲ هزار متر مربع و مساحت فعلی آن یک میلیون متر مربع و دارای ۲۱ رواق، ۴ ایوان، ۴ مدرسه، ۲ سقاخانه، ۹ صحن، ۶ بست و کتابخانه، موزه، مهمانسرا، دارالشفاء، نقارهخانه و مسجد است. مسجد گوهرشاد که نخستین مسجد جامع شهر مشهد محسوب میشود نیز در حرم علی بن موسیالرضا بنا شده است.