هوشنگ سیحون درمورد ایده های طراحی معماری خود، و نحوه ی برخورد با معماری و عوامل موثر در آن چنین می گوید:

راهی را که من در معماری پیش گرفته ام به طور خلاصه و به صورت فهرست ذکر می کنم. در معماری، قبل از هر چیز علاقه دارم منطق را همیشه در نظر داشته باشم.هیچ گاه هیچ چیز نباید بی منطق در معماری به کار برود، حتی کوچکترین خط و کم ترین نقطه بایستی دلیل و معنی مخصوص به خود داشته باشد و مخصوصاً از فانتزی های بی معنی و بی مغز گریزانم. حقیقت بایستی عریان و بی پرده در معماری خودنمایی کند ولو اگر گاهی اوقات زننده باشد، اطمینان دارم که حقیقت همیشه زیبایی و لطف مخصوص به خود را خواهد داشت.

آنچه می سازم با احتیاجات برنامه و صاحب کار بایستی مطابقت داشته باشد. هیچ چیز زیاد تر یا کمتر از آنچه مورد احتیاج است نبایستی ساخته شود. با تزئینات زیاده از حد موافقت ندارم. زیرا اگر معماری به خودی خود کامل و زیباست احتیاجی به رنگ و روغن و تزئینات ندارد. حجم ها و تناسبات وقتی زیبا نباشند هر قدر هم عوامل تزئینی به بنا اضافه کنیم تأثیری در زیبایی آن نخواهد داشت. سادگی و بی تکلفی را هدف خود می دانم.

یک معمار خوب باید مثل یک شعر عالی ساده، سهل و ممتنع باشد. از شلوغی و درهم و برهمی بی اندازه گریزانم. نقشه ی ساده همیشه زود خوانده می شود و اشخاص را گمراه نمی کند. طرح نقشه ی یک ساختمان مثل حل یک مسئله است. باید همیشه ساده ترین راه حل را در نظر گرفت و از راه های پیچ در پیچ صرف نظر کرد. برای هر یک از مصالح ارزش مخصوص به خودش را قائلم و همیشه سعی کرده ام با به کار بردن به موقع آن ها ارزش واقعی آن ها را به معرض دید بگذارم.

امکانات فنی و ساختمانی کشور خودمان را همیشه در نظر می گیرم و سعی می کنم با عوامل موجود […] خود را تطبیق دهم. برای معماری ایران از نظر پلاستیک اهمیت فوق العاده ای قائلم و در تمام موارد سعی می کنم از این منبع عالی و گرانبها به عنوان پایه و اساس استفاده کنم و الهام بگیرم. و هدفم این است که معماری این کشور را به پایه ایی برسانم که همان احترام خاصی را که در دوره های گذشته برای ما قائل بودند باز هم داشته باشند. (سیحون، 1340 الف: 13-12)

پس از کودتای سوم اسفند ماه سال 1299 خورشیدی، در سال 1301 خورشیدی، گروهی از رجال سیاسی-فرهنگی و علاقه مند به هنر ایران، برای حفظ و نگه داری و تعمیر ساختمان های تاریخی و پاس حرمت یادگارها و مفاخر فرهنگی و هنری ایران، گرد هم آمدند و جمعیتی به نام « انجمن آثار ملّی» را تشکیل دادند. از اقدامات اولیه ی انجمن آثار ملّی، طرح ساخت مقبره ی حکیم ابوالقاسم فردوسی بود. کریم طاهرزاده بهزاد، طرح آرامگاه فردوسی را پیشنهاد کرد و این طرح در سال 1313 خورشیدی افتتاح شد (بحر العلوم، 1355: 33). به علت نا آشنایی سازندگان به فنون آزمایش خاک، محاسبه نکردن دقیق و بی اطلاعی از وضعیت آب های زیر زمینی ناحیه ی طوس، ساختمان از همان نخستین سال ها، شروع به نشست کرد و پس از 30 سال، هوشنگ سیحون با حفظ طرح اولیه و الحاقات جدید، بنایی جدید ساخت.پس از برگزاری جشن هزاره ی فردوسی و آغاز جنگ جهانی دوم، به علت عدم تأمین اعتبار مالی، تا سال 1323 خورشیدی، انجمن آثار ملّی عملاً فعالیتی نداشت و در آذر ماه همین سال، فعالیت خود را از نو آغاز کرد.دو اقدام اولیه انجمن آثار ملّی، در دوره ی دوم فعالیت خود، توجه به ساخت آرامگاه ابوعلی سینا و آرامگاه سعدی ( طرح مشترک محسن فروغی و علی اکبر صادق به سال 1328 خورشیدی) بود.

طرح ساخت آرامگاه ابوعلی سینا، به مناسبت هزارمین سال تولد ابوعلی (1330 خورشیدی)، از اولین کارهای دوره ی دوم فعالیت انجمن آثار ملّی بود. هیئت موسسان انجمن آثار ملّی، در سال 1324 خورشیدی، با پیش فرض برتری تلفیق معماری قدیم و جدید، یک مسابقه معماری بین معماران آن دوره ترتیب داد که با نظر مساعد آندره گدار و محسن فروغی، طرح هوشنگ سیحون به عنوان بهترین طرح مسابقه برگزیده شد. جایزه بهترین طرح، اجرای ساختمان بود. بعد از تصویب نهایی طرح در سال 1326 خورشیدی، انجمن آثار ملّی، تصمیم به ساخت مقبره ی ابن سینا گرفت. به گزارش انجمن آثار ملّی، سیحون در آن زمان برای تکمیل تحصیلات خود، در پاریس به سر می برد و پس از آگاهی از تصمیم انجمن آثار ملّی در خرداد ماه سال 1327 خورشیدی، طرح نهایی را که در اصل به عنوان پایان نامه ی خود در پاریس ارائه کرده بود، به انجمن آثار ملّی فرستاد (بحر العلوم، 1355: 92).

در سال 1328 خورشیدی، قرار داد ساخت مقبره به شرکت پیمانکاری ابتهاج و شرکاء واگذار شد. مهم ترین امتیاز این شرکت، استخدام مهندس پولاک (polak)، اهل کشور چکوسلوواکی، برای محاسبه و نظارت بر اجرای طرح بود (مصطفوی، 1381: 41). ساخت مقبره از خرداد ماه همان سال آغاز شد. محمد تقی مصطفوی، درباره ی ایده طراحی مقبره می نویسد:

[…] اختلاف عمده ی که برج آرامگاه ابو علی سینا با گنبد قابوس دارد دو چیز است: یکی این که به مناسبت موقعیت و محدود بودن فضای آرامگاه ابوعلی و همچنین توجه به میزان مخارجی که پیش بینی می گشت، ابعاد برج آرامگاه ابوعلی، نصف ابعاد گنبد قابوس در نظر گرفته شده است و در ابتدای امر، چنین تصمیمی نگرفته بودند، لکن محذوراتی، […] انجمن آثار ملّی را وادار نمود که از آقای مهندس سیحون، طراح و ناظر آرامگاه بخواهد تا ابعاد ساختمان را به نصف تقلیل دهد.

اختلاف عمده ی دیگر این است که فاصله بین ترک های آرامگاه ابو علی سینا باز و گشاده است، در صورتی که بنای گنبد قابوس از بنیاد تا [بالا جز] در ورودی و روزنه ی کوچکی در پایین گنبد، هیچ گونه منفذی به خارج ندارد و به سبک زمان آن دوران، چون دخمه ی تاریک و فاقد روشنایی است و این ابتکار یعنی بازگذاردن فواصل ترک ها در برج آرامگاه ابوعلی، علاوه بر آن که با وضع اقلیمی همدان و بادهای شدید آن سرزمین، بسیار عمل به مورد مستحسن به شمار می رود، اصولاً بنای مذبور را به صورتی بسیار جالب و مطبوع در آورده، آن را بس زیبا تر و پسندیده تر از آنچه تصور می رفت ساخته است. (مصطفوی، 1355: 10)

سیحون در مورد اندیشه های به کار رفته در طراحی مقبره چنین می نویسد:

اولین بنای یادبودی که با طرح اینجانب برپا شد، بنای یادبود و آرامگاه واقع در همدان است که 50 سال پیش ساخته شده است. این بنا، برای مراسم هزاره ی ابوعلی به وجود آمد که توسط « انجمن آثار ملّی ایران»، سرپرستی می شد. تمام عوامل بنا، از اشکال هندسی و نمادین فراوان تشکیل شده اند و هر کدام مفهوم خاص خود را دارند. مربع، پایه و اساس این بنا است.

خود آرامگاه در وسط تالاری مربع شکل قرار گرفته است که پله ی مدور و پایه های دوازده گانه ی برج یادبود به دوره دایره ی پله، مزار را احاطه کرده اند.شکل بنا از خارج دارای دو قسمت است، یکی قسمت زیرین که در برگیرنده ی ورودی، مقبره، کتابخانه، تالار اجتماعات و پذیرایی است و دیگر قسمت بالا که برج یادبود بنا است. در میان باغی در اطراف آن، قسمت زیرین بنا، از طرف در ورودی دارای ایوانی است با ده ستون که هر ستون علامت یک قرن است و ده قرن اشاره به هزاره ی ابوعلی است. از طرف دیگر، ابوعلی دانشمندی است بلند پایه با دانش های متعدد، فلسفه، حکمت، پزشکی، موسیقی، کیمیا و غیره که بعضی ها او را متفکر دوازده دانش دانسته اند.

ستون بندی و دیوار پُر در قسمت زیرین نمای اصلی، اشاره ای است به معماری یونان قدیم، و برج دوازده ترک در بالا، از طرفی، اشاره به بنای همزمان ابوعلی یعنی گنبد قابوس دارد و از طرف دیگر، دانش های دوازده گانه ی ابوعلی را تداعی می کند، همچنین فلسفه ی ایران را پایه ی فلسفه یونان نشان می دهد. این ایوان ده ستونی و برج بتنی باز، مجموعاً در داخل یک مربع بزرگ با اضلاع 5/28 متر جا گرفته اند که البته خود مربع دیده نمی شود، ولی ضلع افقی آن کف ایوان و ضلع عمودی از کف زمین تا رأس برج است و نماد انسان ایستاده با دست های گشاده را، که خود ابوعلی است، تداعی می کند.

[…] اگر با دقت به جزئیات این بنا توجه شود، شکل مربع، چه در نقشه و چه در نما، به صور مختلف به کار رفته است. از جمله، قسمت ورودی پنجره های کتابخانه و سالن اجتماعات، هر کدام دارای سه قسمت مربعی شکل هستند که باز هم با شبکه های سنگی مربع به اجزای کوچک تر تقسیم شده اند. تالار آرامگاه، نقشه ی مربع دارد. خود سنگ مزار، در داخل یک مربع مرمری جا گرفته در بالا مصطبه ی برج یادبود، مربعی شکل است. استیل برتری (مکعب چهارگوش) ]کذافی الاصل ![ وسط آن مربع است و اقطارشدر قسمت پوشش، چهار مثلث به وجود آورده اند که رأس آن ها بالاترین نقطه ی «استیل» است. درهای ورودی با جزییات بزرگ و کوچک، مربع ساخته شده اند. به طور کلی، بیش از پانصد مربع با ابعاد و موقعیت های مختلف در این بنا گنجانده شده است که قبلاً به خواص هندسی و نمادین آن اشاره کردیم. (سیحون، 1375؛ بانی مسعود، 1383 الف)

مساحت اراضی محوطه ی مقبره، حدود هفت هزار متر مربع است. طول بنای آرامگاه 64 متر و رو به خیابان ابوعلی است و نمای آن از سنگ خارا پوشیده شده است. سطح حیاط با سه پله ی سراسری به ایوان متصل است. ایوان به طول 30 متر و عرض 3 متر، در شرق ساختمان قرار دارد. ده ستون به ارتفاع 1/4 متر به صورت کمابیش مخروطی (قطر پایین ستون ها 95 سانتی متر و در بالا 75 سانتی متر ) ساخته شده اند. نمای کلی ایوان، یادآور معابد باستانی است و تمثیل عدد ده برای هزاره ی ابن سینا طراحی شده است. ایوان با دری به ارتفاع 3/24 متر و عرض 1/6 متر، به سرسرای آرامگاه متصل می شود.سرسرا به طول 8/8 متر و عرض 6/3 متر و ارتفاع 4/19 متر طراحی شده است. در طرف راست و چپ سرسرا، سنگ قبر قدیمی ابو علی سینا و ابوسعید دخدوک، بر روی پایه هایی از سنگ خارا قرار دارند.

محوطه اصلی مقبره، چهارگوش و هر ضلع آن 11/5 متر و مساحت آن 132/5 متر مربع است. دوازده پایه ی برج آرامگاه، در این محوطه چهارگوش قرار دارند و قبر این سینا، در میان پایه های برج محصور است. در دو طرف سرسرا، دو تالار قرار دارد. یکی در جنوب، که تالار سخرانی و اجتماعات است و یکی در شمال، که کتابخانه ی آرامگاه است. طول تالار کتابخانه 9/45 متر و عرض آن 75/5 متر است و بر دیوار شرقی آن سه پنجره به طول و عرض 1/88 متر، طراحی و تعبیه شده است. در سمت غرب تالار کتابخانه، مخزن کتاب به طول 9/45 متر و عرض جای دارد. قسمت سوم، برجی واقع در زاویه ی شمال شرقی بنای اصلی است که با دو ستون سنگی یکپارچه به ارتفاع 4/09 متر به این بنا اتصال می یابد. ارتفاع برج 12/5 متر و طول و عرض پایین آن 9/5 *5/5 متر و بالای آن به طول و عرض متوسط 4/8 متر است.

به گزارش انجمن آثار ملّی در آبان ماه سال 1335 خورشیدی، استاد ابوالحسن صدیقی متعهد می شود، مجسمه ی گچی نادر را آماده کند و برای ساخت مجسمه ی برنزی به ایتالیا بفرستد تا موسسه ایتالیایی برونی (BRUNI) در شهر رم، ساخت مجسمه برنزی را به انجام برساند. در مرداد-ماه همان سال، انجمن آثار ملّی در نامه ایی به سیحون چنین نوشت که وضع بنای موجود آرامگاه خیام متناسب با شخصیت علمی و هنری خیام نیست و انجمن آثار ملّی در نظر دارد در این مورد اقداماتی به عمل آورد. از سیحون خواسته شد، طرح و نقشه ی جدیدی متناسب با شخصیت خیام طراحی کند. سیحون و حسین جودت (ناظر انجمن آثار ملّی)، پس از بازدید از مکان، در نامه ایی به انجمن آثار ملّی چنین گزارش دادند:

[…] راجع به مقبره ی خیام، به طوری که ملاحظه فرموده اند، محل آن فعلا چسبیده به بقعه ی امام زاده محمّد محروق می باشد و هرگونه عملی در این محل نمی تواند استقلال و برجستگی به مقبره ی خیام بدهد و لازم است که محل جدیدی در همان محوطه در نظر گرفته شود. با مطالعاتی که در این قسمت به عمل آمد، محل آرامگاه و کروکی لازم متناسب با محل جدید تهیه گردید تا در صورتی که مورد موافقت باشد، نقشه های تکمیلی و به صورت بر آورد هزینه ی آن تقدیم گردد. (بحرالعلوم، 1355: 289)

محل جدید آرامگاه انتخابی سیحون در «گوشه ی شمالی باغ»، مورد تایید انجمن آثار ملّی قرار گرفت و در پی آن، طرح پیش نهادی او در سال 1337 خورشیدی، به دانشکده ی هنرهای زیبا دانشگاه تهران فرستاده شد. محسن فروغی، رئیس دانشکده ی هنرهای زیبا، در نامه ایی به انجمن آثار ملّی چنین گزارش داد:

[…] طرحی که توسط آقای مهندس هوشنگ سیحون، استاد این دانشکده، برای آرامگاه حکیم عمر خیام تهیه شده است و «ماکت های» مربوط به آن، مورد دقت قرار گرفت و از طرف آقای سیحون درباره ی آن توضیحات کافی داده شد. با توجه به این نکته که در تهیه ی طرح مزبور، از سبک معماری ایرانی حداکثر استفاده به عمل آماده است، این نقشه چه از لحاظ اصول فن معماری و چه از نظر سبک، برای آرامگاه حکیم بزرگ ایران کاملاً مناسب است. (بحرالعلوم، 1355: 291-290)

بعد از گزارش فروغی به انجمن آثار ملّی، سیحون در اسفند ماه سال 1337 خورشیدی، متعهد شد نقشه های قطعی و نقشه های اجزای کار را شامل مقبره اصلی، سکوبندی اطراف و آب نماها و بناهای تابعه ی آن و همچنین، نظارت کار را هر چه زودتر برای ساخت مقبره به انجمن آثار ملی تحویل دهد. او مشخصات فنی بنا را چنین توصیف می کند:

[…] استخوان بندی بنا فلزی و دارای روکش آلومینیوم خواهد بود و قسمت سقف با نوعی شیشه های ضخیم الوان و متن قسمت بدنه با کاشی پشت و رو تزئین خواهد شد. زیر سازی بنا با بتن و کرسی و پله ها با سنگ گرانیت و بدنه ی دیوار مجاور آب نماها با سنگ تراورتن و سنگ روی قبر از سنگ سیاه مشهد خواهد بود. (بحرالعلوم، 1355: 292) شرکت ساختمانی کا.ژ.ت. در سال 1337 خورشیدی، به انجمن آثار ملّی اطلاع داد، حاضر است مسئولیت ساخت کار را با در نظر گرفتن نظریات سیحون به عهده گیرد و ساختمان آرامگاه خیام را بدون عیب و نقص به اجرا در آورد. سیحون و حسین جودت نیز اعلام کردند: « طرح اولیه ساختمان آرامگاه خیام با استخوان بندی فلزی تهیه گردید و در نظر بود که رو کار آن با آلومینیوم پوشیده شود. پس از مراجعه به اهل فن معلوم شد که رو کش آلومینیوم بر فلز آثار نامطلوبی از لحاظ ترکیبات شیمیایی دارد. از این رو تصمیم گرفته شد که کار را با بتن ظریف اجرا گردد و ارتفاع آرامگاه نیز از 12 متر به 22 متر ترقی داده شود تا عظمت بیشتری پیدا کند».