המאוזוליאום, שהיה בנוי משיש לבן, הוקם לאחר מותו של דימיטרוב בברית המועצות, לשם יצא לקבל טיפול רפואי. הוא תוכנן על ידי האדריכל גאורגי אורצ'רוב (Георги Овчаров) והוקם בהשראת מבנה המאוזוליאום של לנין במוסקבה והקמתו ארכה ששה ימים בלבד, הוא הזמן שארכה חניטת גופתו של דימיטרוב במוסקבה והובלתה משם לסופיה. הוא כלל שני מפלסים, כאשר המפלס העליון, בגובה של כשלושה מטר מעל מפלס הרחוב, כלל מרפסת תצפית לשימוש באירועים ציבוריים. המאוזוליאום נפתח לציבור רק בספטמבר 1950.