بناى ساختمان بقعه معروف به گنبد خشتى ظاهراً همزمان با فوت امامزاده سلطان محمد (علیه السلام) در زمان سلطنت شاهرخ تیمور ساخته شده؛ لذا پس از حرم رضوى از قدیمى ترین بناهای مشهد و تنها اثر بارز باقى مانده از سادات موسوى در این شهر است. گنبد بنا دو پوششه است. پوشش داخلى مزین به مقرنس هایی زیباست. گنبد بیرونى هم به نظر می رسد از آغاز آجرپوش بوده، بدین سبب به گنبد خشتى شهرت یافته است. سوره ملک با خط خوش ریحان در زیر پوشش داخلى کتیبه شده. لبه هاى چهار ایوان آن هم با سوره واقعه به خط ثلث مزین گردیده است. این بنا ظاهراً در زمان قاجاریه مرمت و داخل آن نقاشى و تزئین شده است. در این تزئین ابیاتى بر روى کتیبه سوره ملک تحریر شده است.
دربِ ورودى بنا از قسمت جنوب به رواقى چهارگوش باز مى‌شود و رواق به محوطهٔ اصلى که داراى چهار شاه‌نشین است، منتهى مى‌‌گردد. گنبد این بقعه خشتى است و به همین دلیل به گنبد خشتى معروف شده است. ساقهٔ گنبد مزین به کاشى به شیوه نره‌کارى، و سوره توحید است. سبک ساختمان این بنا، به بناهاى دورهٔ صفوى شبیه است.
