این کاروانسرا وقف نامه ای دارد که بر صخره بیستون حجاری شده و مورخ 1096 است. متاسفانه، حجاری های وقف نامه بر صخره منجر به از بین رفتن یکی از حجاری های برجسته دوره پارتیان شده. بانی اولیه کاروانسرا مشخص نیست؛ ولی احداث آن احتمالا به فرمان شاه عباس اول صفوی آغاز شده و بنا بر کتیبه موجود، به اهتمام شیخ علی خان زنگنه، صدر اعظم شاه سلیمان صفوی به پایان رسیده است. براساس کتیبه دیگر، کاروانسرا در زمان ناصرالدین شاه به دستور میرزا آقاخان نوری و به دست حاجی جعفرخان معمار باشی اصفهانی مرمت شده. عضدالملک در سفرنامه خود، نوشته که این مرمت موجب خرابی بیشتر کاروانسرا شد. کتیبه وقف نامه صخره بیستون به خط محسن امام و حجاری مقیم هروی است. در "تاریخ عالم آرای عباسی"، نوشته اسکندر بیک منشی، آمده که این کاروانسرا برای اقامت زائران عتبات عالیات احداث شده است. به جز دو کتیبه صفوی و قاجاری سردر، کتیبه ای بر دیوار سردر وجود دارد که به علت شکستگی بخشی از آن نمی توان تشخیص داد که متعلق به چه سالی است.
درست است که این بنا از کاروانسراهای دوره صفویان است؛ اما در پایه دیوارهای آن تا کف طاق نماها از سنگهای تراش خورده عصر ساسانیان استفاده شده. در دهه های اخیر، این بنا در اختیار اداره امور زندانها بوده و بام آجر فرش آن را با کاهگل پوشانده اند.
این کاروانسرا مساحتی بیش از شش هزار مترمربع دارد و صحن وسیع مستطیل شکل میانه آن 48.5 در 40 متر است. در میانه هر ضلع این صحن، ایوانی و در هر سوی این ایوانها، سه حجره با ایوانچه جلوش واقع است. بعلاوه در گوشه های حیاط، ایوانچه هایی تعبیه شده که هر یک با سه حجره مرتبط است. اسطبل در پشت حجره ها، برگرداگرد بنا، واقع است؛ اما به چهاربخش جداگانه تقسیم شده است: در دو جبهه شمالی و جنوبی، ایوانها و دستگاه ورودی حلقه اسطبل را قطع کرده و در دو جبهه شرقی و غربی، هر چند ایوانها کم عمق اند و حلقه ی اسطبل را قطع نکرده اند، باز این فضا دو بخش شده است. راه ورود به اسطبلها از آخرین طاق نماهای اضلاع طولی صحن است که این حالت از ویژگی های طراحی این کاروانسراست.
سردر کاروانسرا از امتداد افقی نمای خارجی آن کاملا پیش آمده و با طاق نماهای طرفین خود، حجمی شاخص به ارتفاع دو طبقه در ورودی بناست. اکنون طاق این سردر فروریخته و تنها نمای خارجی آن به صورت دیواری باقی است. این سردر و طاق نماهای عمیق طرفینش این نما را از دیگر نماهای خارجی تفکیک کرده و به آن اهمیت بخشیده است.
هشتی فضای وسیعی است که با فضاهای عمیقی، در دو طبقه، احاطه شده و از طریق ایوان جنوبی به صحن راه می برد. این ایوان از دیگر ایوانها مرتفع تر است؛ و به این ترتیب، جبهه ورودی را در صحن مشخص کرده است. از قرارگیری شاه نشین کاروانسرا در انتهای ایوان شمالی و نیز ایوان بلند جنوبی، محوری قوی در طرح کاروانسرا پدید آمده و هندسه کلی بنا انتظام یافته است. در میانه صحن کاروانسرا، چاه آبی وجود دارد که بقایای حوض چهارگوشی در کنار دهانه آن دیده می شود. چهار برج با اشکال متفاوت در چهارگوشه خارجی بنا قرار دارد. این برجها در گوشه های شمال شرقی و جنوب شرقی هشت وجهی و در دو گوشه دیگر مدور است. این تفاوت ممکن است ناشی از مرمت های بنا باشد. (الف-1)