این بقعه که قدیمی‌ترین بنای موجود در شهر یزد است از لحاظ معماری و گنبد آجری آن در زمره شاهکارهای هنر معماری دوره سلجوقی به شمار می‌آید.
بقعه دوازده امام دارای در دو لته کوتاهی است و بدنه گنبد یک 4 ضلعی است که به 8 ضلعی تبدیل می‌شود و گنبد روی 8 ضلعی قرار دارد.
پوشش سقف بقعه از داخل گچبری ساده است و دور تا دور آن با کتیبه کوفی رنگی تزیین شده است. این کتیبه به لحاظ طرح و نقش از اهمیت خاصی برخوردار است. در چهار گوشه بنا، گوشواره‌ها و داخل آنها درگاهی‌هایی قرار دارد. نور این بقعه به وسیله پنجره‌هایی که در چهار طرف آن تعبیه شده، تامین می‌شود.
وجود محراب در این بنا نیز نشانه مسجدی است که در قرون دوم و سوم در این مکان بنا شده بود.
کتیبه رنگی موجود بر دیوار گچی جانب شرقی گواه بر این است که گنبد به دستور دو برادر به نام‌های ابو یعقوب و ابو مسعود از سرداران حکومت ابو جعفر علاء الدوله از سلسله کاکویان یزد بر پا شده است.
داخل این بنا بر روی دیوار های آن از گچ شکل گل و بوته تزئین گردیده است. در داخل محراب آن سنگ مرمری وجود داشته که صلوات بر دوازه امام و در انتهای آن نام یکی از مفاخر و مشاهیر یزد بوده است.
در قسمت بالا دور تا دور گنبد آیه شریفه آیه الکرسی و در غربی بنا آیه 165 سوره مبارک بقره و در قسمت شرقی نام معمار و سال ساخت آن به خط کوفی رومی نوشته شده است.
در گوشه ها یا همان گوشواره‌های آن حالت دوازه محراب شکل گرفته که شبیه مسجد ایاصوفیای استانبول می‌باشد.
بقعه دوازده امام در سال 1313 توسط وزارت فرهنگ و هنر با شماره 207 در فهرست آثار ملی ایران به ثبت رسید.