Медресе Улугбека была построена по заказу Улугбека, ученого и мецената, и выполняла роль высшего учебного заведения, где обучали не только религиозным, но и светским дисциплинам. Площадь 81×56м.
Улугбека представляет собой замкнутый прямоугольный двор с двумя ярусами арок, за которыми располагаются кельи для семинаристов. В противоположной стороне от выхода — сводчатая зимняя мечеть. Углы медресе фланкированы минаретами. Композицию главного фасада (h-16,5м) определяет монументальный портал с обширной стрельчатой аркой с минаретами (высотой более 30м) по бокам. Особенно эффективно мозаичное панно над выходной аркой, скрывает глухость и тяжесть стен, придавая ему легкость и нарядность.
Исключительно богат и разнообразен декор внешних и дворовых фасадов — мраморные панели в основании, резные наборные мозаики, майоликовые панно с геометрическими, растительными и эпиграфическими узорами.
К началу 20 века медресе представляет собой руины. Реставрационные работы проводились с 30-х по 90-е годы 20 века. Был восстановлен портал, второй этаж худжр. По конструктивной схеме, предложенной академиком В. Г. Шуховым, и проектам инженеров М. Ф. Мауэра, Е. О. Нелле, Э. М. Гендегь выпрямлены минареты по углам главного фасада.
Медресе Шир-Дор
Медресе Шир-Дор стоит на оси медресе Улугбека, зеркально повторяя его главный фасад: почти те же размеры, та же схема портала со стрельчатым сводом, ребристые купола по бокам. Площадь 70×57м.
Особенно примечательна декоративная композиция портальной аркой. С каждой стороны портальной арки помещено мозаичное изображение солнца с человеческим лицом в лучах нимба и льва, догоняющего лань. Отсюда и название Шир-Дор — «Львов имеющее». В решении других фасадов с 54 худжрами (кельями) зодчий применил более развитые методы строительной технологии. Здесь нет зимней мечети, задних аудиторий, минареты поставлены лишь по переднему фасаду, два других угла оформлены массивными угловыми башнями.
С большой фантазией украшены наружные и дворовые фасады. В архитектурном декоре применены облицовки из глазурованного кирпича, мозаичные наборы и росписи с обилием позолота. В мозаичных панно дворовых арок много вьющихся цветов, бутонов образующих сложный ажурный орнаментальный узор. Мотив заключенного в рамы панно с пышными букетами цветов, символическое «дерево жизни».
В отличие от внешнего оформления интерьер худжр строг. Помещение с гладкими белыми стенами делилось на три части: передняя — для пребывания дома и занятий, небольшая кладовая для бытовых нужд, антресоль служила спальней.
Реставрация медресе началась с 1924 года. В 1962 году восстановлен декор над аркой главного портала, большие работы были проведены в 70−90гг. 20 века.