עדויות מצביעות על כך שהאתר בסולטאניה יושב כבר באלף הראשון לפני הספירה. עם זאת, יישוב של קבע קם במקום רק לאחר הכיבוש המונגולי במאה ה-13 והקמת האילחנאת, הממלכה המונגולית שמרכזה היה באיראן של ימינו. בשנת1290 הקים ארקון חאן, המנהיג הרביעי של השושלת האלחאנית, את מעון קיץ שלו בסולטאניה. עוד ידוע כי בנו של ארקון חאן,גאזאן חאן, הקים עבור עצמומאוזולאום המכונה טפה נור, אך המידע אודות ימיו הראשונים של היישוב מועטים.
בשנת1304 עלה אילג'ייטי (Üljaitü), לימים הסולטאן מחמד חודבנדה, לשלטון, והחליט להרחיב את העיר ולהפוך אותה לבירת ממלכתו. הוא כינה אותה "סולטאניה", דהיינו, "הקיסרית", והחל בבנייה מסיבית, שנמשכה עד שנת1313. סולטאניה, בדומה לתבריז, הפכה למרכז סחר חשוב ביןאירופה לאסיה. יש הטוענים כי כאשר האלחאנים הפכו לשיעים, הם ביקשו להעביר את שרידיהם שלעלי וחוסיין מבגדאד לסולטאניה. הדבר לא קרה, והמקדש הפך למאוזולאום של אילג'ייטי. לאחר מותו של אילג'ייטי בשנת1316 איבדה העיר מחשיבותה, ועברה לידיהן של ממלכות קטנות. ב-1384, בזז צבאו שלטימור לנג את העיר, אך לא פגע במאוזולאום של אילג'ייטי. בשנים הבאות סבלה העיר מקשיים, ולמרות זאת המשיכה לתפקד כמרכז מסחרי חשוב. במאות ה-16 וה-17 דעכה סולטאניה ועמדה בחורבותיה, ורק כפר קטן נותר במקום. במאה ה-19 שימש האזור כמחנה אימונים של הצבא הקאג'ארי.
האתר המרכזי בחורבות סולטאניה הוא המאוזולאום של הסולטאן האלחאני אילג'ייטי (1304-1316), הידוע ככיפה של סולטאניה. מבנה המאוזולאום, שנבנה בשנים1302-1312, מתומן, ובמרכזוכיפה מצופה בחרסינה בצבעטורקיז הנישאת לגובה של 50 מטר. קוטרה של הכיפה הוא 38 מטר בצידה החיצוני ו-25 בצידה הפנימי. סביב הכיפה, שמשקלה נאמד ב-200טון, ניצבים שמונהצריחים שהוקמו למטרת קישוט. הכיפה של סולטאניה היא הכיפה הדו-שכבתית העתיקה בעולם, וחשיבותה לעולם האסלאם ולאדריכלות המוסלמית רבה. מבנה זה סלל את הדרך לבנייתכיפות מוסלמיות מרשימות יותר, כמו זו של הטאג' מהאל. רוב הקישוטים החיצוניים בכיפה נעלמו, אך פנים הכיפה מגלהמוזאיקות,חרסינה וציורי קיר מרשימים. סביב המבנה מרפסת בצורת מצודה שאורכה 315 מטר ורוחבה 295 מטר. מצודה זו ששטחה 180דונם הוקפה בעבר בחפיר ברוחב של 30 מטר.
נוסף לכיפה של סולטאניה, שוכנים מספר מבנים נוספים במקום:
המאוזוליאום של סולטאן צ'לביאואולו הוא מבנה לבנים השוכן דרומית-מערבית לכיפה. במקום מגדל מתומן, ומתחת למבנה המאוזוליאום שוכן מרתף קבורה (קריפטה). המבנה מתוארך לשנות השלושים שלהמאה ה-14.
המאוזוליאום של מולה חאסן קאשי שוכן דרומית לעיר והוקם לכבודו של איש דת ומשורר בחצרו של אילג'ייטי. המבנה מתומן מבחוץ ובמרכזו אולם רבוע, והעיטורים שבו הם מהמאה ה-19.
שרידיו של קבר גזאן חאן בטפה נור דרומית-מזרחית לכיפה משתרעים על שטח של 18 דונם, והם יוצריםתל בגובה של 15 מטר.