پس از به قدرت رسیدن دودمان صفویه در ایران و براساس باور شاهان این دودمان به علی بن ابیطالب(ع) تعمیرات آستانه علوی را شاه اسماعیل صفوی در سال ۹۱۴ (قمری) (۸۸۷/۸۸ خورشیدی) آغاز کرد. در عصر شاه عباس و با طرح و نقشه و مهندسی شیخ بهایی، صحن تکمیل شد و آراستنها و نوسازی و هدیهها در دوران صفویه بیگسستگی ادامه پیدا کرد. به گواه منابع تاریخی شاه اسماعیل در روز ۹ آبان ۸۸۷ به بغداد رفت و در باغ پیر بوداق منزل کرد و شیعیان از او استقبال کردند. او سپس رهسپار کربلا شد و بعد برای زیارت حضرت علی(ع) به نجف اشرف شتافت و هدایای گرانبهایی به خزانه آستان علوی اهدا و همه حرم و رواقها را با فرشهای ابریشمی فرش کرد و چراغ وارههای زرین برای روشنایی به حرم داد، و نیز شش صندوق خاتم در حرم نهاد. او تنها پادشاه ایرانی نبود که دل در گرو حرم شریف امیرالمومنین داشت. در سال ۱۱۵۶ قمری(۱۱۲۱/۲۲ خورشیدی) هنگامی که نادرشاه به زیارت نجف رفت، دستور داد به جای کاشیهای سبزرنگ ـ که زمان صفویان به طرح شیخ بهایی گنبد و دو گلدسته را تزئین کرده بود ـ همه را طلا کنند. او هزینهای بسیار صرف تعمیر آستان و هدایایی بیشماری هم به خزانه علوی پیشکش کرد که بیشترشان همچنان در خزانه بازمانده است.
گنبد آستانه که در عصر عضدالدوله سپید بود و در زمان صفویان سبز شده بود، زمان نادر زرین شد و تاریخش را در کتیبه ایوان طلای آستانه با طلا سال ۱۱۵۶ قمری نگاشتهاند. این کار نادرشاه تاثیر ژرفی در دلهای شیعیان گذاشت و جمع فراوانی از بزرگان شاعران شیعه به فارسی و عربی و ترکی و هندی اشعاری به این مناسبت سرودند.
هر یک از شاهان قاجار هم در این آستانه آثاری از خود به جا گذاشتند، از آن جمله آغامحمدخان قاجار که در سال ۱۲۱۱ (قمری) (۱۱۷۵/۷۶ خورشیدی) ضریح نقره به آستانه علوی تقدیم کرد. زمان فتحعلیشاه در سال ۱۲۳۵ قمری (۱۱۹۹/۱۲۰۰ خورشیدی) تعمیراتی در آستانه انجام شد، مانند بازطلاکاری دو گلدسته. در سال ۱۲۶۲(قمری) (۱۲۲۴/۲۵ خورشیدی) به فرمان عباسقلیخان وزیر محمدشاه ضریحی دیگر از نقره به آستانه هدیه دادند. آخرین تعمیرات آستانه و آیینهکاری حرم و رواقها تا سال ۱۳۷۰ قمری (۱۳۳۲ خورشیدی) انجام پذیرفت. در حال حاضر حرم صحنی بزرگ دارد و در میانش، مرقد شریف امیرالمومنین(ع) است.