گنبد سلطانیه به شک یکی از مشهورترین آثار جهان است. آرتور پوپ آن را در مستحکم اما سبک تشبیه می‌کند که نشان از هنر معماری در این گنبد دارد. گنبد سلطانیه به رغم حجم بزرگش سبک و با روح به نظر می‌رسد و مانند طاق آسمان مستحکم است. این گنبد در فهرست میراث جهانی به ثبت رسیده‌است.
گنبد سلطانیه به عنوان شاهکاری از معماری دوره اسلامی، به عنوان بلندترین گنبد آجری جهان در فهرست میراث جهانی به ثبت رسیده‌است. این بنا آرامگاهی متعلق به الجایتو، حاکم مغول در قرن ششم هجری قمری است که آن را وسط دشتی زیبا، شبیه دشت‌های مغولستان بنا کرده‌است.
تزیینات و نحوه ساخت این مقبره در واقع نقطهء عطفی در معماری آن دوران بوده به این شکل که سبکی جدید را در معماری به‌وجود آورده که از معماری سلجوقی منفک شده‌است.
گنبد سلطانیه بین سال‌های 702 یا 703 تا 712 هجری قمری ساخته شده‌است. این بنا به دستور الجایتو یا هما سلطان محمد خدابنده ساخته شد و خواجه رشیدالدین فضل‌الله همدانی در ساخت آن نظارت داشت. گنبد سلطانیه در حدود 300 کیلومتری تهران و در شهر سلطانیه، در نزدیکی زنجان واقع شده و از دور در میان دشتی سرسبز چونان نگینی آبی می‌درخشد.
این گنبد در داخل باروی شهر قدیم سلطانیه قرار گرفته و بنایی است هشت ضلعی که طول هر ضلع آن 80 گز است. هشت مناره نیز در اطراف گنبد دارد. و قدیمی‌ترین گنبد دوپوش موجود در ایران است. رنگ گنبد آبی است. بر روی این اضلاع گنبد بلندی قرار گرفته که ارتفاع آن را 120 گز نوشته‌اند.
در قسمت بالایی آن ساختمان دور تا دور اتاق‌ها و غرفه‌ها ساخته‌اند. خود گنبد از کاشی‌های فیروزه‌ای رنگ پوشیده و سقف داخل اتاق‌های بالا با گچ‌بری‌ها و آجرهای رنگارنگ تزیین یافته‌است. در حاشیه طاقها آیات قرآنی واسماالله با خط جلی نوشته شده‌است. حکاکی‌هایی در آجرهای دیوارها و سقف‌های رنگین بنا نیز دیده می‌شود.
زمانی که ساخت این بنا آغاز شد، الجایتو هنوز مسلمان نشده بود، اما سال‌های آخرین ساخت گنبد سلطانیه او پس از مشرف شدن به زیارت حضرت علی (ع) و فرزندش امام حسین (ع) مذهب شیعه را پذیرفت و قصد کرد تا قبر حضرت علی (ع) را از نجف به سلطانیه بیاورد. پس گنبد سلطانیه را به امام اول شیعیان اختصاص داد.
اما دیری نپایید که عالمان شیعه در آن زمان، او را با مخالفت‌های خود از انجام این‌کار منصرف کردند و این شد که ساخت گنبد سلطانیه دوباره به ایده اولیه خود، یعنی آرامگاه الجایتو بازگشت.
سلطانیه پایتخت مغولان در زمان الجایتو یا همان سلطان محمد خدابنده بود. پیش از آن شهری به این نام وجود نداشت و بر اساس آن‌چه که در نوشته‌های آشوری دیده می‌شود، حدود سده هشتم قبل از میلاد، اقوام ساکاراتی‌ها در دشت سلطانیه ساکن شدند. همچنین در زمان فرمانروایی مادها، اریباد خوانده شده و از سوی دیگر زمان پارت‌ها به ارساس شهرت پیدا کرده‌است. حمدالله مستوفی در کتاب نزهه القلوب می‌نویسد که پیش از سلطنت سلطان محمد خدابنده، این شهر را شریزا یا شهریاز می‌خواندند.
گفته می‌شود مغولان آن هنگام در تبریز را پایتخت کرده بودند، برای گذراندن وقت و انجام امور شکار به سلطانیه می‌آمدند پس به دستور ارغون‌خان، آقاخان، فرزند هولاکوخان، چهارمین سلطان مغول، عملیات ساخت شهر سلطانیه در سال 1270 میلادی در مکان فعلی آغاز می‌شود. هرچند این شهر پس از مرگ الجایتو از رونق افتاد و دیگر پایتخت ایلخانان نماند اما گنبد سلطانیه به دلیل شگفتی‌های معماری، همچنان نام این شهر را زنده نگه داشت.
گنبد عظیم سلطانیه به صورت یک هشت ضلعی بنا شده که گنبد آن به صورت نیم‌کرده‌ای به ارتفاع 54 و قطر 25 متر روی این هشت ضلعی روی قرار گرفته‌است. گنبد به دلیل استفاده از کاشی‌های آبی رنگ، به مانند نگینی فیروزه‌ای درآمده‌است.
هر کدام از اضلاع این هشت ضلعی را مناره‌ای به اتمام می‌رساند. در وصف این مناره‌ها بسیار گفته شده‌است. برخی معتقدند که این مناره‌ها برای پخش اذان در تمام سمت‌های گنبد است و برخی دیگر می‌گویند این مناره‌ها، فدایی هستند و به محض وقوع زلزله فرو می‌ریزند تا بنا آسیب نبیند.
بستر این بنا از طبقات فشرده شن و ماسه به عمق تقریبی 8 تا 10 متر تشکیل شده و از مقاومت بسیار خوبی برخوردار است. گفته می‌شود طی این سال‌ها (حدود 700 سال) این بنای 1600 تنی تنها حدود 8 سانتی‌متر نشست داشته‌است.
طبقه فوقانی و جدا از دهلیزهای داخلی گنبد سلطانیه، یکی از شاخص‌ترین بخش‌های آرمگاه است. این بخش بالکن‌هایی هشت‌گانه هستند که از ایوان‌ها رو به بیرون شکل گرفته‌اند و تزئینات زیبایی از کاشی‌کاری، مقرنس، تسمه‌کشی، گچ‌کاری و تلفیق‌هایی از آجر و کاشی به همراه کتیبه‌های متعدد تشکیل شده‌اند. این بالکن‌ها چشم‌اندازهای بی‌نظیری دارند. نورگیرهای خارق‌العاده گنبد سلطانیه هر بیننده‌ای را مبهوت می‌کند. برخی نورگیرهای این بنا را به ساعت آفتابی برای انجام امور مذهبی تشبیه کرده‌اند.
گفته می‌شود که اگر نور از سوراخ گنبد اصلی بتابد زمان اذان ظهر است. نوری که از پنجره‌های بزرگ می‌تابد ساعت را نشان می‌دهد و نور پنجره‌های کوچک، حدود دقیقه را به نمایش می‌گذارد. بر همین اساس گفته می‌شود که هشت ضلعی بودند بنا هم به همین علت است.
بنا به روایتی گفته می‌شود که گنبد سلطانیه بر اساس طرحی از آرمگاه غازان‌خان که آن نیز از بنای آرمگاه سلطان سنجر الهام گرفته شده، ساخته‌شده است. با این‌حال پلان آن آرامگاه‌ها مربع اما گنبد سلطانیه هشت‌ضلعی است.
از سوی دیگر جنبه‌های ابتکاری در این بنا آن را به یکی از شاخص‌ترین بناهای دوره اسلامی در جهان بدل کرده‌است. همچنین گفته می‌شود که گنبد کلیسای سانتاماریا دلفیوره با تقلید از گنبد سلطانیه حدود صد سال پس از آن ساخته شده‌است.
آرتور پوپ پژوهشگر بزرگ تاریخ ایران می‌گوید که گنبد سلطانیه به رغم حجم بزرگش سبک و با روح به نظر می‌رسد و مانند طاق آسمان مستحکم است. بارها و فشارها به درستی در نقاط نسبتاً معدودی تمرکز یافته‌اند و هیچ مانعی برای آنکه حرکت هماهنگ و رو به عروج بنا را کند یا مخدوش کند وجود ندارد؛ از این رو بنا از لحاظ ساختار یک شاهکار است.