در جلد اول جشن‌نامه ابن سینا، تالیف دکتر ذبیح الله صفا در مورد محل دفن بوعلی سینا آمده است:
بنا بر آنچه ابن اصیبعه و گروهی دیگر از محققان و مورخان نوشته‌اند ابن سینا در همدان درگذشته و در زیر حصار آن شهر دفن شده است. مقبره این سینا در دره مراد بیک در ضلع غربی خیابان بوعلی شهر همدان واقع است و در کنار قبر وی، قبر ابوسعید دخدوک قرار دارد.
ابو سعید دخدوک از دوستان ابن سینا بوده و بوعلی بعد از قائله شورش سپاهیان شمس الدوله دیلمی 40 روز در خانه وی پنهان بود و منزل ابوسعید در همین محل بوده که اکنون آرامگاه هر دو می‌باشد.
این محل در آن روزگار پشت باروی جنوبی همدان بوده و تا اواخر قرن 13 قمری چهارطاقی کوچکی روی قبر آن دو قرار داشته است.
این چهار طاقی به دستور دختری به نام نگار که نوه فتحعلی‌شاه قاجار بوده، به گنبدی از آجر تبدیل شد و 2 سنگ یکی روی قبر ابن سینا در طرف راست سرسرای ورودی و دیگری روی قبر ابو سعید دخدوک طرف چپ قرار گرفت.
در سال 1339 قمری شخصی با نام محمدحسین فریدالدوله گلگون همدانی دوره محوطه قبر ابن سینا دیواری کوتاه کشید و دربی رو‌به‌روی پل قدیم رودخانه احداث کرد و در جنب آرامگاه یک تالار بزرگ و تالاری کوچک‌تر برای کتابخانه و یک مخزن کتاب ساخت و چاهی و حوضی ترتیب داد.
آرامگاه جدید بوعلی سینا به دستور محمدرضا پهلوی و توسط انجمن آثار ملی ایران به مناسبت هزارمین سالروز تولد دانشمند بزرگ ساخته و در سال 1333 افتتاح شد.
طرح و نقشه اولیه این بنا در خرداد سال 1324 توسط انجمن آثار ملی بین مهندسان و فارغ‌التحصیلان رشته معماری به مسابقه گذاشته شد و با نظر آندره گدار و فروغی طرح پیشنهادی مهندس هوشنگ سیحون پذیرفته شد.
در نیمه سال 1326 انجمن تصمیم به اجرای طرح گرفت. سال بعد هوشنگ سیحون طرح پیشنهادی را به عنوان پایان‌نامه به دانشکده هنرهای زیبای پاریس تقدیم کرد و اوایل سال 1328 ساخت این آرامگاه آغاز شد.
پس از تخریب مقبره قدیم و گشودن قبر بوعلی سینا و ابو سعید دخدوک، جمجمه و قسمتی از استخوان‌های بوعلی و ابوسعید در جعبه‌های مخصوص مهر و موم و در آرامگاه جدید مجددا دفن شد.
این طرح به سبک معماری قرنی که بوعلی سینا در آن می‌زیسته از روی قدیمی‌ترین بنای تاریخ‌دار اسلامی یعنی برج گنبد قابوس در شهر گنبد کاووس اقتباس شده است.
این بنا تلفیقی از دو سبک معماری ایران باستان و ایران بعد از اسلام است. در طراحی این مجموعه از عناصری از هنرمعماری سنتی ایرانی استفاده شده است.
عناصری مانند برج، الهام گرفته از برج گنبد قابوس، باغچه‌ها متاثر از باغ‌های ایرانی، آب نماها الهام گرفته از حوض خانه‌های سنتی و نمائی با روکار سنگ‌های حجیم و خشن خارا که با سنگ گرانیت کوهستان الوند آراسته شده و نمودار کاخ‌های باستانی ایرانیان است. کار ساخت بنای جدید آرامگاه در سال ۱۳۳۳ شمسی به پایان رسید.
تالار جنوبی این آرامگاه به عنوان موزه محل نگهداری سکه، سفال، برنز و سایر اشیاء کشف شده مربوط به هزاره‌های قبل از میلاد و دوران اسلامی اختصاص یافته است.
در تالار شمالی کتابخانه‌ای مشتمل بر ۸۰۰۰ جلد کتاب خطی و چاپی نفیس ایرانی و خارجی و غرفه‌هایی مربوط به آثار بو علی سینا و شعرا و نویسندگان همدانی نگهداری می‌شود.
در غرفه آثار بوعلی عکسی از جمجه وی نیز در معرض دید گذاشته شده که به هنگام تخریب مقبره قدیمی تهیه شده است.
مکمل این بنا بوستانی به شکل نیم دایره با فضای سبز است و نیز تندیس ابوعلی سینا در حالی که کتابی در دست دارد در ضلع شرقی میدان نصب شده است.
آرامگاه شیخ الرئیس بوعلی سینا در سال 1376 توسط سازمان میراث فرهنگی با شماره 1869 در فهرست آثار ملی ایران به ثبت رسید.
