بنای اصلی این بقعه که مدفن سید زیدبن زین العابدین بن حسین بن علی (ع) است به دوران صفوی و اوایل قرن دهم هجری قمری تعلق دارد.
در عهد ناصری، بنای قدیمی بقعه زید مثل امامزاده یحیی و سید اسماعیل برداشته و بنای کنونی به جای آن ساخته شد.
معماری بنا قدیمی و ایرانی است و تزیینات داخلی شامل آینه کاری‌ها و کاشی‌کاری‌های مختص به زمان خود است.
صندوق عتیقه بقعه توسط خواجه قنبر علی بن محمد زرین کمر تهرانی وقف شده و سازندگان آن استاد حبیب و استاد احمد لواسانی بوده‌اند. بنای فعلی امامزاده توسط آصف الدوله قاجار احداث شده و ساختمان ایوان و صحن به امر کامران میرزا نایب‌السلطنه انجام شده است.
بنابر کتیبه موجود، معماران بنای ایوان استاد مهدی ولد و استاد علی اکبر کاشی‌پز بوده‌اند و سازنده در خاتم بقعه استاد کریم شیرازی بوده است.
هنرمندان مسئول مرمت بقعه حاج عباس علی معمار، استاد اسد الله کاشی پز و سید مصطفی کاشی‌کار اصفهانی بوده‌اند.
قدیمی‌ترین تاریخ موجود در امام زاده متعلق به صندوق مرقد مورخ ۹۰۲ قمری، است. کتیبه داخل گنبدخانه دارای تاریخ ۱۲۴۵قمری، است و. کتیبه دیگری در ایوان بزرگ بقعه تاریخ ۱۲۹۷ قمری را نشان می‌دهد.
در خاتم بین حرم و ایوان اصلی تاریخ ۱۳۰۱ شمسی، را نشان می‌دهد و در کمربند گنبد کتیبه‌ای مربوط به سال ۱۳۲۲ شمسی، موجود است.
بنای گنبدخانه از آثار زمان فتحعلی‌شاه قاجار درسال ۱۲۴۵ قمری، است. صحن ایوان و حجره‌ها در زمان سلطنت ناصرالدین شاه و در خلال سال‌های ۱۲۷۹ تا ۱۳۰۱ ، احداث شده است. در این زمان تزیینات نقاشی روی گچ در فضای گنبدخانه با آینه‌کاری پوشانده شد. آثار این نقاشی‌ها درسال ۱۳۲۵، طی مرمت آینه‌کاری‌ها آشکار شد.
در ۱۳۱۸ وزارت فرهنگ و هنر صحن و حجره‌های اطراف آن را برای احداث مدرسه ابتدایی در نظر گرفت. در این زمان صحن کوچکی از طرف بازار خیاط‌ها در جنوب بقعه ایجاد شد.
خشت‌های کاشی‌کاری کمربندی خارجی گنبد در فاصله بین دو پوش گنبد انباشته شده بود و درسال ۱۳۱۹، طی تعمیرات اداره باستان‌شناسی به دست آمد.
در حاشیه تحتانی صندوق نیز در هر سو کتیبه‌ای به خط ثلث است و روی ترنجی طویل امامزاده معرفی شده است، و مفهوم آن این است که، این پناهگاه مقبره امامزاده سید زید پسر زین‌العابدین پسر حسین پسر علی (ع) است.
از دیگر ویژگی‌های این بنا مقبره لطف‌علی‌خان، پادشاه جوان زندیه، است که به دست آغامحمدخان قاجار به قتل رسید. اداره کل باستان شناسی لوحه‌ای از سنگ مرمر به نام این پادشاه تهیه کرد و پس از اصلاحات و تعمیراتی در بنای مزبور، لوحه را در آن‌جا نصب کردند.
کاشی‌کاری گنبد و تجدید تعمیر ایوان و آیینه‌کاری رواق، حرم و مقبره جنب آن در خلال سال‌های 1315- 1316 شمسی انجام و صحن قبلی این بقعه امروزه به مدرسه تبدیل شده است.
امامزاده زید که قدمت آن به دوران‌های تاریخی پس از اسلام می‌رسد در سال ۱۳۱۵ توسط وزارت فرهنگ و هنر با شماره ۲۵۹ در فهرست آثار ملی ایران به ثبت رسید.