اين بنا بر طرحی چهار ايوانی ساخته شده و در حال حاضر شامل يك هشتی چند ضلعی، حياط محصور از حجره ها، ايوان و قسمت بقعه است.كتيبه ای از سنگ مرمر لوزی شكل نيز در بالای در ورودی رواق آن ديده می شود. در كتيبه منظوم و گچبری شده بنا تاريخ آغاز قرن دوازدهم هـ.ق امده است. در دو طرف ايوان جبهه جنوب شرقی دو گذرگاه برای داخل شدن به آرامگاه وجود دارد. در دور تا دور حياط حجره هايی ديده می شود. جبهه بيرونی اين حجره ها با كاشی های به رنگ های ابی، سبز و سفيد تزيين شده است.
از ايوان بزرگ (جنوب شرقی) يك در به يك راهرو باز می شود. اين راهرو به شكل دايره به دور اتاقی كه مقبره سهل بن علی (ع) در آن اتاق است، می چرخد. از اين جهت سبك معماری اين امامزاده مورد اهميت است كه بر خلاف بيشتر امامزاده ها بنای اين زيارتگاه دارای راهروی دايره شكلی به گرد خويش است. پنجره های چوبی مشبكی در بالای اتاق آرامگاه كار گذاشته شده كه سبب تهويه هوا و تامين نور بنا می شوند.
گنبد بنا دو پوش است و گنبد بيرونی چندين بار دستخوش تغيير شده است. اين گنبد ابتدا آجر پوش بوده، سپس در دوره پهلوی با انجام تغييراتی آن را از سيمان و بتون آرمه ساخته اند. بعدها از صفحات مسی برای پوشش گنبد استفاده كرده اند.
زير سقف گنبدخانه دارای تزيينات و نقش و نگارهای رنگی است و سقف ايوان نيز مقرنس كاری های زيبايی دارد. پوشش بيرونی گنبد نيز در حال حاضر از كاشي های خشتی سبز رنگی پوشيده شده و دور تا دور كمر گنبد با آياتی از قرآن كريم تزيين يافته است. داخل ايوان بزرگ بنا دارای تزيينات آيينه كاری بسيار زيبايی به شكل های اسليمی، هندسی و گياهی است. مصالح به كار رفته در اين بنا شامل آجر، سنگ، چوب، گچ و… است.
تزيينات بنا شامل نقاشی و قطاع سازی نيم گنبدها، دو كتيبه گچبری و چند پنجره چوبی مشبك بزرگ و كتيبه هايی به خط نسخ است. اين كتيبه ها و صندوق موجود در بنا از نظر هنر حكاكی دارای ارزش بسيار است.در و پنجره های چوبی و منبت كاری اين بنا در دوره های صفويه و قاجار با لطافت و هنرمندی خاصی ساخته شده اند.
مزار مطهر در وسط روضه واقع است و دارای یک صندوق مسقف دو ضریح مشبک چوبی و یک ضریح مشبک فلزی با آب طلاست.
در درون صندوق چوبی سنگ مزار نصب و روی سنگ به خط بین کوفی و نسخ عبارت «هذا قبر سهل بن علی بن ابیطالب رضی الله عنه» حجاری شده و در حاشیه آن خطوط کوفی دیده می شود.
در داخل ایوان زیارتگاه کتیبه ی منظومی گچ بری شده که معرف بازسازی زیارتگاه در سال 1038 هجری قمری است.
تعداد واسطه های موجود و قرائن و اشاراتی که در بحرالانساب وجود دارد چنین می نماید که ستارگان آستانه با خبیث ترین و خون ریزترین خلیفه مستبد عباسی یعنی «متوکل» همزمان بوده اند.
زیرا در این کتاب مخطوط پس از اشاره به شهادت بنی اعمال سهل بن علی(علیه السلام)که با او همزمان بوده اند از رویداد اسماعیل بن سپهسالار بن برهان بن محمدبن حسین اصغربن امام زین العابدین(علیه السلام) ، (معاصر سهل) یاد کرده است. (بحرالانساب /کتاب محمدکاظم استرآبادی/ص34 و 35)
صاحب بحرالانساب پس از این رویداد متذکراست: متوکل مجدداً حکم کردکه در سرزمین ایران با دیگر امامزادگان که لبه تیز این تهاجم بیشتر متوجه اولاد محمدبن حسین بن اصغربن امام سجاد(علیه السلام) بود حمله کنند تا از فعالیت های آنان جلوگیری به عمل آورده شود و افکار و قلوب مردم متوجه این خاندان نگردد.
در لابلای اوراق یکی ازکتابهای خطی کتابخانه ی مرحوم ابراهیم دهگان نویسنده توانای اراکی تصویری از سند عالم فاضل سیدعلی حسینی کمال آبادی از ملانور محمدکرهرودی (از علمای برجسته کلاهرود) و او از کتابی قدیم العهدکه در بروجرد یافت شده بود روایت نموده و به حدود یکصد سال پیش برمی گردد.
درختانی که ۸ قرن در امامزادگان آستانه سر به فلک کشیده‌اند.وجود درختان کهنسال در این امامزادگان یکی از جاذبه های گردشگری در آستانه است. درخت نارون و درخت توت از این جمله درختان هستند.در محوطه بیرونی قسمت غربی بنای زیارتگاه سهل بن علی(ع) شهر آستانه یک درخت نارون ۴۰۰ ساله قرار دارد. همچنین یک اصله درخت توت داخل صحن نو، زیارتگاه با عمر حدود ۸۲۰ سال وجود دارد.
