قدمت این بنا به دوره صفویه برمی‌گردد. در هر یک از د یوارهای شمالی و شرقی و غربی این کاروانسرا 3 برج تعبیه شده که نشان می‌دهد کاروانسرا شبیه به یک قلعه نظامی بوده‌است.
پس از عبور از دروازه ورودی کاروانسرا، ایوانی به طول30.11 متر وجود دارد که انتهای آن با پله‌هایی به حیاط متصل می‌شود.
پل و کاروانسرا که از یادگارهای دوره صفویه است در مسیر تاریخی جاده ابریشم احداث شده است.
ابعاد کاروانسرا ۷۰/۵۳ × ۶۰/۵۳ متر بوده و در هر یک از دیوارهای شمالی، شرقی و غربی برای حفاظت و نگهبانی از کاروانسرا که به صورت قلعه است، سه برج ساخته‌اند. مصالح به کار رفته در بنای کاروانسرا آجر، سنگ، آهک و گچ است و سقف بناها با گچ و پشت بام با کاهگل پوشیده شده است.
ایوان‌های جنوبی و غربی آن که بعد از ایجاد بنا ساخته شده، دارای فرورفتگی‌هایی در دیوار است.
ایوان شرقی روی یک آب انبار زیرزمینی ساخته شده‌است. در سمت راست ایوان 2 اتاق ساخته شده که اولی مربعی با ضع 8.4 مترو پوشش گنبدی است که در گذشته به وسیله یک در بزرگ به اتاق کناری ارتباط داشته‌است.
این اتاق نمازگاه کاروانسرا بوده‌است و چهارگوشه کاروانسرا مشابه یکدیگر نیستند.
گوشه‌های شمال شرقی و جنوب غربی برای نگهداری بار و دوگوشه دیگر به عنوان اصطبل مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند. پی‌های این بنا از سنگ و بقیه بنا از آجر ساخته شده‌است.
به علت عدم محافظت در گذشته، قسمت‌هایی از این کاروانسرا تخریب شده بود که در سال‌های اخیر با همت سازمان میراث فرهنگی استان مرکزی تعمیر و بازسازی شده است.
موقعیت جغرافیایی، نزدیکی به راه اصلی تهران - اصفهان، عبور رودخانه قم رود از کنار آن، مجاورت با پل تاریخی دودهک و همچنین سالم بودن بنای کاروانسرا، از ویژگی‌های مثبت این یاد مان تاریخی محسوب می‌شود.
کاروانسرای دودهک در سال 1377 توسط سازمان میراث فرهنگی با شماره ۱۹۸۳ در فهرست آثار ملی ایران به ثبت رسید.