Сперва мавзолей строился только для любимого внука Тимура, Мухаммед Султана, который умер молодым в 1403 году. Но история распорядилась иначе. Во-первых, всего через три года вслед за внуком последовал и сам Великий Тимур: во время китайского похода он заболел пневмонией и скончался. 

Затем в усыпальнице нашли свой последний приют прославившийся как великий астроном средневековья Улугбек, и другие правители – потомки Тимура – тимуриды. 

В июне 1941 года по решению правительства Узбекистана ученые- археологи вскрыли усыпальницу Гур-Эмир. Раскопки подтвердили, что в мавзолее действительно погребены Тимур, Улугбек, Шахрух, Мираншах и Мухаммед-Султан. Антрополог - реставратор М.М.Герасимов воссоздал по черепам скульптурные портреты Тимуридов. 

Останки Тимура и Мухаммед-Султана находились в деревянных гробах, все остальные захоронения производились непосредственно в саркофагах. Гроб Тимура сделан из арочного дерева. Тела были забальзамированы. Захоронение же правителя-астронома Улугбека подтвердило версии историков о том, что он был убит и похоронен как шахид, в одежде, в которой его застала смерть, что полностью соответствует предписанию шариата. "..Каждый плывет до назначенного ему срока", - строки из примечаний надписи на могильной плите ученого. 

Величие и легкость архитектурных линий и форм, богатство разноцветной мозаики, монументальность и стройность пропорций, расписное декоративное покрытие интерьера сделали мавзолей Гур-Эмир уникальным памятником среднеазиатского зодчества. 

Этот ансамбль, включающий медресе и ханако был объединен квадратным четырех - айванным двором с высокими стенами, четырьмя угловыми минаретами и порталом. Портал украшен в технике резной наборной мозаики. Поражающие какой-то филигранной красотой узоры выполнены мастером Мухаммадом-ибн-Махмудом Исфахани. 

Восстановительные работы комплекса проводились и в 60-х годах XX века, и 90-е годы. Восстановлены на высоту человеческого роста стены дворика, подняты несколькими рядами кладки стен худжры медресе. Во время реставрационных работ по фотографиям и обмерным чертежам, сделанным в XIX веке, в 1996 году к 660-летию Амира Тимура Сохибкирона, восстановлены два минарета. Композиция мавзолея Гур Эмир выдержана в схеме, ставшей в Мавераннахре традиционной: призма основания, цилиндрический барабан, купол. Но есть здесь и новшества: призма основания - восьмигранная, необычная для монументальной архитектуры Средней Азии, уникален по форме внешний купол, увенчанный золотым навершием - кубба. Высота купола 12.5 м., диаметр в основании - 15 м. Однако купол не кажется таким громоздким. Это достигается благодаря тому, что он разделен на грани, плавно переходящие к барабану. Бирюзовая полива придает ему особенно нарядный вид на фоне ярко-голубого неба Самарканда.