320در سال 1032 قمرى شاه عباس كبير صفوى دوباره بغداد را فتح كرد و دستور به بازسازى ويرانى‌هاى جنگ و فتنه‌ها داد. همچنين دستور داد ضريحى فولادى بر روى دو صندوق چوبى قبور نصب كنند تا از دزدى‌ها در هنگام جنگ‌ها و حمله قبايل به شهر در امان باشد. به سبب مشكلات موجود در روابط ايران و عثمانى، رسيدن ضريح تا سال 1115قمرى به تأخير افتاد.
در سال 1045 قمرى شاه صفى بن عباس صفوى به اجراى بعضى از تعميرات مانند قوى كردن قاعده مناره‌ها پرداخت. امروزه كتيبه‌اى از كارهاى شاه اسماعيل در كاظمين موجود است. سلطان محمد خدابنده، برادر وى كه در اين سال‌ها در عراق حكومت مى‌كرد، كارهاى او را تكميل كرد. سلطان سليمان قانونى پس از تسخير عراق و سلطه عثمانى‌ها بر بغداد، منبرى زيبا از آجر و پوششى از كاشى به مسجد صفوى تقديم كرد. شاه عباس صفوى براى نخستين بار، ضريحى از فولاد بر فراز قبرهاى امامان ساخت و حرم و روضه مطهر را تزئين كرد.
در قمرى شاه صفى نيز چهار مناره در گوشه‌هاى صحن ساخت كه كنون نيز پابرجاست.
بناى حرم در دوره قاجاريان
بناى حرم در دوره قاجاريان
در سال 1207 قمرى كار تعميرات در مرقد كاظمين آغاز شد. آقامحمدخان قاجار دستور به كامل كردن كارهايى كه صفويان در كاظمين آغاز كرده بودند داد؛ مانند بازسازى مناره‌ها و بناى صحنى كه حرم را از سه جهت شرقى، جنوبى و غربى احاطه كرده و از جهت شمالى به حرم متصل مى‌شود.
در سال 1211 قمرى فتحعلى شاه پس از فوت محمدخان قاجار نقش داخلى دو گنبد را با آب طلا و وقطعه‌هاى شيشه‌اى رنگى و همچنين همه ديوارهاى حرم را با كاشى‌هاى معرق قرآنى تزئين كرد و ديوارهاى داخلى حرم و سقف را با قطعه‌هاى آينه‌اى ثابت شده بر روى چوب آراست. در سال 1229 قمرى دو گنبد و مناره‌هاى كوچك را طلاكارى كردند و اين آشكارترين كار شاه بود.
در سال 1255 قمرى ايوان كوچكى كه در سمت جنوبى بود را طلاكارى كردند.