فرسودگی بنای آرامگاه سعدی در گذر زمان امری بدیهی بود که بازسازی و تعمیر آن را ضروری می‌ساخت. این فرسودگی که گاه در نوشته سفرنامه‌نویسان غربی بازتاب یافته است، چندی از رجال دوره قاجار را به تعمیر بنا برانگیخت. میرزا فتحعلی‌خان صاحب‌دیوان، حبیب‌الله خان قوام‌الملک شیرازی و علی‌محمدخان قوام‌الملک شیرازی از جمله این افراد بودند که این بنا را بدون آنکه در طرحش تغییری دهند مرمت کردند.
آرامگاه سعدی تا سال ۱۳۲۷ش عبارت بود از یک ساختمان دوطبقه آجری مرکب از چند اتاق. در طبقه زیرین که یک متر از زمین بلندتر بود، در مکان فعلی آرامگاه، اتاقی بود که در داخل آن سنگ قبر شیخ اجل با معجرهای آهنینِ پیرامونش قرار داشت. این اتاق در سمت راست بنا (نسبت به ورود) قرار داشت. در سمت چپ بنا (نسبت به ورود) اتاقی بود که پیکر مرحوم شوریده حاج فصیح‌الملک (۱۳۰۵-۱۲۳۶ ش) در آن دفن شده بود. این شاعر شیرازی، که خود را از اعقاب شاعر معروف، اهلی شیرازی می‌دانست، در زمان حیات، متولی بقعه و بارگاه سعدی بود. افزون بر شوریده شیرازی، پیکر بزرگان دیگری نیز بنا به وصیتشان در جوار مزار سعدی دفن شده بودند. از ویژگی‌های دیگر بنای این آرامگاه قناتی بود که در آن‌جا روان بود و مردم شیراز آن را دارای خاصیت شفابخشی می‌دانستند و برای پیش‌گیری از بیماری، لباس‌های خود را در آن می‌شستند. در این قنات که دارای مقداری جیوه بوده، ماهی‌هایی شناور بوده‌اند و ازهمین رو عنوان «حوض ماهی» را برای آن به‌کار برده‌اند.
بنای آرامگاه شیخ اجل تا سال ۱۳۲۷ش پابرجا بود، اما در آن زمان علی‌اصغر حکمت شیرازی طرح برپا کردن بنایی جدید به روی مزار سعدی را مطرح کرد. اجرای این طرح از سال ۱۳۲۹ش آغاز شد و تا سال ۱۳۳۱ش ادامه یافت. مساحت محوطه جدید، که تاکنون پابرجاست، بیش از هشت‌هزار متر مربع است که از میان آن، ۲۶۱ متر مربع به بنای آرامگاه اختصاص داده شده است. باقی محوطه، حیاط آرامگاه است که با گل و درخت آراسته شده است. در زیر محوطه، چشمه آب زلالی روان است که راه دسترسی به آن، پلکان خارج از ایوان می‌باشد. به روی در ورودی محوطه آرامگاه، بیت زیر نقش بسته است:
ز خاک سعدی شیراز بوی عشق آید
هزار سال پس از مرگ او گرش بویی
در جلوی مقبره جدید سعدی، هشت ستون از سنگ‌های قهوه‌ای‌رنگ قرار دارد، اما اصل بنا با سنگ سفید ساخته شده و به کاشی‌کاری فیروزه‌ای‌رنگ مزین است. بنای آرامگاه از بیرون به شکل مکعبی دیده می‌شود، اما در داخل هشت‌ضلعی است و جنس دیوارها از مرمر و لاجورد است. سنگ مزار سعدی در وسط این عمارت هشت‌ضلعی قرار دارد. در هفت ضلع این ساختمان، هفت کتیبه قرار دارد که از قسمت‌هایی از گلستان، بوستان، قصاید، بدایع و طیبات شیخ انتخاب گردیده است. سمت چپ بنای مزار سعدی به رواقی متصل می‌شود که در آن هفت طاق وجود دارد. این رواق به آرامگاه شوریده شیرازی پیوند می‌خورد.
در عمق ۱۰ متری صحن آرامگاه، قناتی وجود دارد که آب آن دارای مواد گوگردی و جیوه می‌باشد، آب این قنات به درون حوضی که آن را حوض ماهی مینامند و در زیرزمین جریان دارد، میریزد. این حوض در سمت چپ آرامگاه واقع شده و در داخل به شکل هشت‌ضلعی است. حوض ماهی زیر بنایی در حدود ۲۵.۳۰ متر دارد و به وسیله ۲۸ پله به صحن آرامگاه متصل می‌شود. کاشیکاریهای داخل حوض ماهی که به سبک معماری سلجوقی است، در سال ۱۳۷۲ توسط استاد کاشی‌کار «تیرانداز» طراحی شده و توسط میراث فرهنگی اجرا گردیده است. بر فراز حوض ماهی یک نورگیر به شکل هشت‌ضلعی و دو نورگیر چهارضلعی در طرفین آن قرار دارد. زیرزمین سعدیه امروزه به چایخانه سنتی تبدیل شده است. دو ساختمان آجری در کنار حوض ماهی وجود دارد که مربوط به دفتر آرامگاه است.کتابخانه عمومی سعدیه و ساختمانی دیگر که سرویس‌های بهداشتی در آن قرار گرفته، در محوطه این آرامگاه وجود دارد. محوطه باغ به سبک ایرانی گل کاری، درختکاری و باغچه بندی شده است. در وسط حیاط دو حوض مستطیل شکل، با جهت شمالی ـ جنوبی در دو طرف محوطه آرامگاه قرار دارد و حوض دیگری در جهت شرقی ـ غربی در مقابل ایوان اصلی بنا واقع شده است.
بر روی در ورودی سعدیه این بیت نگاشته شده است: ز خاک سعدی شیراز بوی عشق آید هزار سال پس از مرگ او گرش بویی قطعههایی از کتیبه سنگی مربوط به سردر آرامگاه که متعلق به زمان کریم‌خان زند بوده و در اثر سانحهای در گذشتههای دور شکسته شده، هم اکنون در درون آرامگاه محفوظ مانده است. این قطعه ضمن خاک‌برداری خیابان برای تعمیر آسفالت از دل خاک بیرون آمده است. بر روی سنگ مذکور قسمتی از شعر سعدی به خط ثلث عالی با مطلع زیر نوشته شده است:
الهی به عزت که خارم مکن
به ذلّ گنه شرمسارم مکن
در اطراف مقبره، قبرهای زیادی از بزرگان وجود دارد که بنا به وصیت خود، در آن‌جا مدفون شدهاند. طرح توسعه محوطه آرامگاه از سال ۱۳۸۰ و توسط شهرداری شیراز با همکاری سازمان مسکن و شهرسازی اجرا شده که طی آن وسعت سعدیه به ۵.۴ هکتار رسیده است. از سال ۱۳۷۶ به پیشنهاد بنیاد فارس‌شناسی اول اردیبهشت ماه به نام روز سعدی نام‌گذاری شد و همه‌ساله برنامه‌های ویژه‌ای در محوطه آرامگاه برگزار می‌شود. آرامگاه شیخ مشرفالدین سعدی شیرازی در ۱۸آذرماه ۱۳۵۴با شماره ۱۰۱۰ در فهرست آثار ملی به ثبت رسیده است.
هنوز هیچ دیدگاهی ثبت نشده