در جنوب دروازه قرآن، نزديك به دروازه اصفهان در جنب پل علي بن حمزه و در خياباني كه به نام حافظ موسوم است، قرار گرفته. اولين بار در زمان فرمانروايي عضدالدوله ديلمي (مت 372 - حك 338) بقعه وسيع و گنبدي به صورت كاربندي كه در ميان چهار تويزه قرار دارد رفيع بر فراز قبر اين امام ساخته شد.

در زمان حكومت صفويان نيز تعميراتي بر روي بقعه و گنبد اين امام زاده صورت گرفت. در دوره زنديه (116 - 1209) نيز مرادخان  و زكيخان زند (م 1193 ه.ق) آن را تعمير نمودند.

در سال 1239 پس از وقوع زلزله اي در شيراز بقعه مذكور صدماتي ديد و حسينعلي ميرزا فرمانفرما به سال 1239 ه.ق. عمارت كنوني را بنا كرد.

بعد از آن در سال 1274 ه.ق. طهماسب ميرزا مؤيدالدوله آن را مرمت كرد. در بالاي درب ورودي بر روي قطعه سنگي مرمري، ماده تاريخ مرمت بقعه نگاشته شده كه چنين است:

 

آن كه شاهان را بود ايوان جاهش سجده گاه

در زمان شاه غازي ناصرالدين پادشاه

هم مؤيد ملك را و هم مؤيد از اله

حكمران ملك جم شهزاده طهماسب كه هست

پايه اش بر پشت ماهي، سايه اش بر روي ماه

داد فرمان تا كنند اين گنبد عالي كه هست

زاده موسي ابن جعفر ساخته آرامگاه

چند ازين گنبد و ديوان عالي كاندرو

گفت: احسنت اي سخنرا شاعر با فر و جاه

سال تاريخش همايون جست از پير خرد

بر فراز آسمان شد پايه اين بارگاه

برفزا بر دومين مصراع زيب آنگاه گو

                                                                 

قسمت غربي و درب ورودي بقعه به خيابان متصل است و به وسيله هشتي گنبددار متصل به دالاني وارد محوطه وسيع آن مي شوند. درب چوبي و منبت شده صحن داراي كتيبه اي سنگي به طول 3 متر و عرض 80 سانتيمتر به خط ثلث است كه ابراهيم سلطان فرزند شاهرخ تيموري آن را نوشته است. متن كتيبه چنين است:

قيل لابراهيم عليه السلام: بما اتخذك الله خليلا - قال ما تغديت و ما تشبعت الامع الضيف - كتيبه ابراهيم سلطان.

ساختمان بقعه شامل حرم وسيع و آينه كاري شده اي در ديوار و سقف است كه تا ارتفاع 1 متري ازاره هايي از سنگ مرمر دارد و در سمت شمال آن مرقد علي بن حمزه(ع) درون ضريحي از چوب و خاتم و فولاد قرار دارد و بر فراز آن گنبدي فيروزه اي رنگ ديده مي شود.

در طرفين حرم و در قسمت پايين آن يك راهرو و يك اتاق قرار دارد و در قسمت بالاي آن دو گوشواره به چشم مي خورد. در دو طرف بقعه نيز دو گلدسته نمايان است. پنجره ميدان اين بنا با گره چيني و شيشه هاي رنگي مزين شده است. در اطراف بقعه گورستان وسيعي به نام جوان آباد وجود داشته است. در سال 1305 ش. كه كار ساخت و ساز هنرستان فارس آغاز شد، قسمت جنوبي آن تسطيح شد و قبر رحيم خان زند (م. 191) فرزند كريم خان زند (م 1191) همراه با قبر يكي ديگر از فرزندان كريمخان كه در سال 1158 فوت كرده بود، جزء يكي از اتاق هاي اين مدرسه در آمد و سمت شمالي آن نيز به باغ ملي تبديل شد.

در حياط اين امامزاده چند تن از پادشاهان آل بويه نيز دفن شده بودند كه اكنون از قبر آنان اثري نيست. از ميان آنها مي توان به عمادالدوله علي (م 338 ه.ق) ركن الدوله حسن (م 336 ه.ق) اشاره نمود.

حياط اين امامزاده هم اينك پوشيده از قبرهاي جديد و قديمي است كه حوضي كوچك در ميان آن قرار دارد و ديواره هاي بيروني اكنون در حال مرمت و تزيينات معقل و معرق است و ديوارهاي داخلي طاق نماست.

بفعه امامزاده علي بن حمزه (ع) در سال 1347 ذيل شماره 534 در فهرست آثار ملي ايران به ثبت رسيد.