بنای اصلی و نخستین بقعه در نیمه دوم قرن سوم هجری قمری، توسط محمد پسر زید داعی علوی تعمیر اساسی شد.درگاه اصلی ورودی بنا که در سمت شمال قرار دارد، برای نخستین بار در زمان پادشاهان آل بویه و سپس در دوره قاجار به یاری مجد الملک قمی کامل شد.
با گذشت زمان، متعلقات دیگری هم بنای فوق افزوده شد تا به صورت مجموعه بزرگ کنونی درآمد. در حال حاضر، بنا مشتمل بر حرم‌های متعدد، رواق‌ها، مسجدها، ایوان‌ها و صحن‌ها است. در دوره صفویه، بناهای اطراف به آن افزوده شد و در دوره قاجار، به دلیل نزدیک بودن به پایتخت، توجه بیش‌تری به آن شد و بیش‌تر بناهای وابسته به حرم عبدالعظیم و امام‌زاده زید در این دوره تکمیل و تزیین شد.
از آثار تاریخی این مجموعه به سردر آجری دوران سلجوقی و صندوقی از چوب عود، فوفل و گردو و با کتیبه‌هایی به خط نسخ و ثلث برجسته می توان اشاره کرد که به سال ۷۲۵ ه.ق، تعلق دارد .
بنای اصلی حرم، اتاقی چهار ضلعی به ابعاد ۷/۵ متری است که در بالا با چهار گوشواره به هشت ضلعی و سپس به کمک طاق‌بندهایی کوچک به شانزده ضلعی تبدیل و زمینه برای برپایی گنبد فراهم می‌شود. پوشش زیرین گنبد با طاق ضربی مدور در زمان شاه تهماسب تغییر یافت و پوشش خارجی آن درسال ۱۲۷۰ ، به دستور ناصرالدین شاه با خشت‌های مسی و زرین تزیین‌شد.
حرم در هر ضلع به وسیله دری به رواق‌های مجاور گشوده می‌شود. اطراف ضریح حرم از سنگ مرمر سیاه و سفید به ارتفاع ۱/۶۵ متر پوشیده شده و نیز درسال ۱۲۷۳، به فرمان ناصرالدین شاه بالای آن تا سقف به طرز چشم نوازی آینه کاری شده است.
در قسمت شرقی حرم، مسجد زنانه و در قسمت غربی مسجد مردانه و مقبره ناصرالدین شاه قرار داشت. در آن دوران، درِ کوچکی در سمت جنوبی مقبره ناصرالدین شاه وجود داشت که به حرم امام‌زاده حمزه باز می‌شد. در حال حاضر، اثری از قبر ناصرالدین شاه نیست.
در سال۱۲۷۰ ، بالای حرم و در کنار گنبد، دو گل دسته به ارتفاع ۲۴ متر از سطح بام و به قطر دو متر ساخته شد. بر فراز ضریح نیز حدود ۶۴ گلدان زرین قرار دارد.
مهم‌ترین صحن و ایوان حرم متعلق به ایوان وسیع آستانه است که در شمال حرم واقع شده است. این ایوان به دستور ناصرالدین شاه ساخته شد. ایوان جنوبی حرم نیز درسال ۹۴۴ ، به فرمان شاه تهماسب صفوی ساخته و در دوره قاجار آینه کاری و تزیین شد.
صحن‌های دیگر حرم شامل صحن توتی یا مدرسه امین السلطان در شمال غربی، حرم و صحن ناصرالدین شاه یا صحن ولی‌عهدی که اکنون ، به صحن کاشانی معروف است در غرب حرم و صحن باغ علی جان در شرق و حرم و صحن جنوبی است که به صحن امام زاده حمزه معروف است.
در غرب حرم مسجد و رواق بالاسر قرار دارد که از ساخته‌های دوران صفوی است. این مسجد دارای محراب بسیار زیبایی است که با کاشی‌های معرق رنگارنگ تزیین شده است.
گورستان حضرت عبدالعظیم حسنی با مقابر، صحن‌ها و مجموعه‌های خصوصی اطراف حرم، اعتبار ویژه‌ای دارد. احترام و تقدس ویژه‌ای که مردم برای حضرت قایل بوده‌اند موجب خاک سپاری بسیاری از شخصیت‌های سیاسی، اجتماعی و فرهنگی در این گورستان شده است. ناصرالدین شاه، قاآنی شیرزای، خاندان قائم مقام فراهانی، بدیع‌الزمان فروزانفر، آیت‌الله کاشانی، علامه محمد قزوینی، حسین علی میرزا، نصرت السلطنه، ستارخان، گروهی از دراویش نعمت‌اللهی و فرزندان آیت‌الله بهبهانی در این گورستان آرمیده‌اند.
درسال ۱۳۶۹، طرح توسعه حرم عبدالعظیم، در قالب بیش از ۱۶ پروژه بزرگ مذهبی، فرهنگی و رفاهی انجام و ازسال ۱۳۷۱ ، عملیات اجرایی طرح به شعاع ۲۰۰ مترمربع از حرم مطهر در زمینی به وسعت ۲۰۰۰۰ مترمربع آغاز گردید. به همین منظور، تمام قبرهای قدیمی اطراف حرم که به مرور زمان خراب شده بود و شکل ناخوشایندی به مجموعه بخشیده بود تخریب و تعداد زیادی از منازل و مغازه‌های اطراف خریداری گردید. زیربنای تقریبی مجموعه ۱۰۰ هزار مترمربع بوده و بودجه مورد نیاز آن نیز بالغ بر ۱۲۰ میلیارد ریال برآورد گردیده است، که از محل درآمدهای آستان، همیاری مردم و مساعدت‌های دولت تأمین می‌شود. احداث این پروژه‌ها زیر نظر تیمی از کارشناسان متعهد معاونت عمران آستان مقدس و با بهره‌گیری از معماران چیره دست، هم‌زمان انجام گرفته است که در نوع خود از نظر سرعت و کیفیت عملیات ساختمانی کم نظیر است.
این حرم پس از اجرای طرح توسعه، دارای زیربنای ۳۷۰۰ مترمربع، رواق‌های جدید با ۸۰۰۰ متر مربع، مصلای بزرگ ری ۵۰۰۰ مترمربع، مرکز فرهنگی جوانان ۵۰۰۰ مترمربع، دارالتولیه ۲۷۰۰ مترمربع، صحن مصلی (صحن سابق باغچه علی‌جان) ۱۶۵۰ مترمربع؛ صحن امام‌زاده حمزه ۲۰۰۰۰ متر مربع؛ دانشکده علوم حدیث ۵۸۰۰ مترمربع؛ سالن اجتماعات ۳۰۰۰ مترمربع؛ موزه جدید ۱۸۰۰ مترمربع؛ تختگاه‌های شمالی و جنوبی ۷۰۰ مترمربع؛ صحن امام‌زاده طاهر ۶۵۰۰ مترمربع؛ بیمارستان ۵۰۰۰ مترمربع؛ مهمان‌سرا ۵۰۰۰ مترمربع؛ حوزه علمیه برهان ۵۰۰۰ مترمربع؛ کتابخانه ری با ۱۸۰۰ مترمربع و بستان‌های جنوبی و شمالی است.
حضرت عبدالعظیم، ملقب به سید الکریم، با کنیه ابوالقاسم، فرزند علی ابن حسن ، فرزند حسن ابن زید، فرزند زید ابن حسن، فرزند علی ابن ابی‌طالب، علیهم السلام است.
بنا به نوشته شیخ جواد بن مهدی لاریجانی در کتاب الخصائص العظیمه ، ولادت آن حضرت به تاریخ ۱۷۳ ه.ق، در مدینه بوده است.
ایام زندگانی آن حضرت مقارن با امامت امام موسی کاظم و امام رضا و امام محمد تقی و امام علی النقی(ع)، بوده است. آن حضرت از معارف مذهبی آگاه بوده و در احکام قرآن شناخت و معرفت وافری داشته است. حضرت عبدالعظیم اخبار و احادیث فراوانی از امام جواد و امام هادی (ع) روایت کرده است. شیخ صدوق در کتاب امالی در ضمن حدیثی گفته است که هنگامی که حضرت عبدالعظیم خدمت امام هادی (ع) مشرف شد و عقاید خود را اظهار کرد امام هادی فرمود تو از دوستان ما هستی.
او دارای کتب و تألیفاتی نیز بوده که از مهم‌ترین آن‌ها، کتاب روز و شب و خطب امیرالمومنین (ع) را می‌توان نام برد. آن حضرت در پانزدهم شوال ۲۵۲ ه.ق، در شهرری وفات یافت. حضرت عبدالعظیم حسنی به این علت که متوکل عباسی شرایط نامساعد و وحشتناکی برای زندگی و فعالیت نوادگان پیامبر (ص) و علی (ع) فراهم آورده بود به شهرری هجرت کرد زیرا در این شهر زمینه‌های مساعد شیعی و انقلابی وجود داشت. به روایتی که از ملاباقر مازندرانی ذکر شده است هجرت حضرت عبدالعظیم به شهرری به دستور امام هادی بوده است.
