پس از استقرار مغولان در ایران و پایتختی تبریز و با توجه به شباهت دشت سلطانیه به چمن زارهای مغولستان توجه ایلخانان مغول به این منطقه جلب شد پس سلطانیه پیش از آنکه به شهر تبدیل شود، دشتی وسیع بود که از آن برای تفریح و شکار استفاده می شد.در دوره ایلخانیان، سلطانیه بعد از مراغه و تبریز، سومین پایتخت حکومت به شمار می آمد.سلطان محمد خدابنده معروف به اولجایتو، در زمان سلطنت خود دستور ساخت آرامگاهی را در سلطانیه صادر کرد.هدف سلطان از احداث چنین بنای منحصر به فردی، این بود که پیکر مطهر امام اول شیعیان را در آن به خاک بسپارد اما در نتیجه مخالفت علمای شیعه موفق به انجام چنین کاری نشد و احتمالا پس از مرگش این مکان به عنوان آرامگاهی برای خودش مورد استفاده قرار گرفت.شاید از دور، این بنا تنها یک گنبد به نظر برسد اما به طور کلی می توان برای آن چند بخش اصلی را در نظر گرفت: تربت خانه، سردابه، گنبد خانه.گنبد این بنا هشت ضلعی بوده و یکی از شاهکارهای معماری ایرانی و اسلامی است. گنبد این بنا ۵۴ متر ارتفاع و ۲۵ متر قطر دارد و از فاصله‌ای دور مثل یک نگین فیروزه‌ای در دشتی سبز می‌درخشد. این بنای تاریخی در هشت ضلع ساخته شده است و روی هر ضلع آن یک مناره قرار دارد. گنبد سلطانیه سه طبقه دارد و سبک معماری آن شبیه به معماری دوران سلجوقی است.عده‌ای می‌گویند این مناره‌ها برای این است که بتوانند از هر طرف گنبد اذان بگویند اما عده‌ای دیگر معتقدند که این مناره‌های برای این ساخته شده‌اند که در زمان زلزله از آسیب رسیدن به بنا و گنبد جلوگیری کنند. گنبدی دو جداره و با شکوه، کاشی‌کاری‌هایی هنرمندانه،‌قوس‌ها و گچ‌بری‌هایی ظریف با رنگ‌های طلایی و فیروزه‌ای دست‌به‌دست هم داده‌اند تا معماری این اثر تاریخی در جهان شناخته شود و گردشگران زیادی از کشورهای جهان برای دیدن آن به شهر سلطانیه بیایند.تزیینات نخستین چیزی است که در بنای گنبد سلطانیه جلب توجه می کند و حکایت از توجه به هنر و مفهوم به کارگیری عناصر مختلف توسط سازنده دارد. 1- استفاده از نقش های اسلامی2- به کار بردن رنگ آبی3- بهره بردن از تزیینات چوبیاین گنبد با وزن 1600 تن به مدت بیش از 700 سال همچنان پابرجا ایستاده و تنها 8 سانتیمتر نشست داشته است.