در  مورد علل احداث اين بنا در تواريخ چنين آمده است :

اولجايتو پس از طرح سلطانيه تصميم گرفت كه به تقليد از آرامگاه برادرش غازان خان ، آرامگاه رفيع و با شكوهي براي خود بسازد به همين جهت براي بر پايي اين آرامگاه ، هنرمندان از هر سو به سلطانيه آمدند تا يكي از شاهكارهاي عظيم دوره مغول را به عرصه ظهور برسانند

بناي گنبد سلطانيه در سال 702 ه ( به روايتي ) بر اساس طرح آرامگاه غازان خان كه آن نيز از بناي آرامگاه سلطان سنجر در ( مرو ) الهام گرفته ، ساخته شده بود با اين تفاوت كه پلان آرامگاه سلطان سنجر مربع ،‌و پلان گنبد سلطانيه هشت ضلعي است . اگر چه تا حد زيادي معماري آرامگاه سلطان سنجر در بناي سلطانيه تاثير گذاشته بود ليكن حيزهاي ابتكاري در بناي اخير بحدي است كه آنرا بصورت يكي از شاهكارهاي هنر و معماري ايران در آورده است كه بعدها نمونه و الگوئي براي احداث تعداد زيادي از انبيه اين دوره شد. همچنين معماري گنبد سلطانيه را شخصي به نام سيد علي شاه انجام داده است .

ظاهرا" هنگامي كه اولجايتو امر به احداث آرامگاه خود كرد هنوز يكي از مذاهب اسلام را به عنوان مذهب رسمي انتخاب ننموده بود . وي تقريبا" در سال 709 ه يعني موقعيكه كار ساختماني گنبد رو به اتمام بود سفري به عراق نمود و تربت پاك امام حسن ( ع‌ ) و حضرت علي ( ع ) را در كربلا و نجف زيارت كرد .

بنا به قولي ، بر اثر تشويق و ترغيب علما و روحانيون بزرگ شيعه كه در آن زمان در دستگاه حكومتي صاحب منزلتي بودند، اولجايتو مذهب تشيع را به عنوان مذهب رسمي پذيرفت و بعد از مدتي تصميم گرفت كه آرامگاه خود را به ائمه اطهار اختصاص دهد . بدين منظور قصد انتقال اجساد مطهر آنان ( حضرت علي (‌ع ) و امام حسين (‌ع ) ) را به سلطانيه داشت تا بر رونق تجاري و اهميت مذهبي پايتخت جديد التايس خود بيفزايد .لذا دستور داد تاتزئينات داخلي بنا كه تا آن روز انجام نگرفته بود طوري بپردازند كه در آن شعائر مذهب تشيع بخوبي مورد استفاده قرار گيرد. بهمين جهت بود كه كلمه ((علي)) به طور مكرر با كاشي در متن آجر نوشته شده است
در همين اوان سلطان محمد خدابنده دستور ساختن آرامگاهي ساده براي خود در جنب گنبد اصلي را صادر كرد كه به گفته مورخين اين بناي آجري ظرف چند هفته به اتمام رسيد

انتقال اجساد مطهر ائمه بخاطر مخالفت شديد علماي شيعه يا بقولي خواب سلطان كه حضرت علي بن ابيطالب را نارضي ديده بود وآن حضرت از اين عمل ناراضي بود ، انجام نگرفت و منصرف شد .

بنابر اين سلطان ايلخاني مصمم شد كه دوباره اين بنا را به آرامگاهي براي خود اختصاص دهد . به نظر مي رسد كه در همين ايام از مذهب تشيع برگشت و مذهب اهل سنت را اختيار كرد. شايد به همين منظور بود كه دستور داد تمام تزئينات معرق كاري كه كلمه (( علي ))‌ ( ع )‌ بر آن نقش بسته بود ، و تمام تزئينات آجري كاشيكاري و گره سازي را با پوشش از گچ اندودند و روي آن پوشش را با كتيبه و اشكال مختلف هندسي طرحهاي گل و بوته دار با رنگ آبي بر زمينه سفيد گچبري كردند كه اين عمل احتمالا" در سال 713 ه رخ داده . اولجايتو در سال 716 ه. يعني تقريبا" چهار سال بعد از اتمام بنا در سن 36 سالگي در گذشت و جسد وي در تابوتي از زر ناب در آرامگاه ابديش دفن شد .