מעל לחלק הרבוע הופך הבניין לעגול, תחילתו כגליל, שקוטרו מעט מתחת ל-6 מטרים, וגובהו כשני מטרים ומחצה. הגליל בנוי שני נדבכים, ולו שלושה אלמנטים קישוטיים. בתחתיתו מוקף הגליל בסיס מסוגנן בגובה 25 ס"מ, שרובו לא שרד את מהלך הדורות. באמצעו של הגליל עובר כרכוב נוסף הדומה לכרכוב החותם את המבנה המרובע, ובצדו העליון בולט החוצה כרכוב המפוסל בצורת חבל קלוע. מעל לגליל, מקבל הגג צורת חרוט קעור דוגמת מכסה קומקום, שגובהו כ-6 מטרים, וקוטרו העליון כ-80 ס"מ. מרבית גובהו של החרוט עשוי מאבן אחת, בגובה של כמעט ארבעה מטרים, וסביב ראשה מצוי "חבל" נוסף. על ראש הגג מוצבת אבן המסותת בצורת פרח לוטוס בעל שישה עלי כותרת. פנים הפרח שקוע, וייתכן כי דבר-מה היה מוצב בתוך השקע. הנדבך של הכרכוב והחבל חסר אבן אחת בצד מזרח, וניכרות גומחות של בריח שהותקן בחור על ידי נזירים שעשו שימוש במבנה בתקופה הביזנטית.
פנים המצבה.
מלבד הפתח הנמצא בצדו הדרומי של החלק הבנוי, המבנה הפנימי חצוב כולו בסלע. מן הפתח, שמספר אבנים בצדדיו נעקרו על מנת להרחיבו, יורד גרם מדרגות לתוך חדר הקבורה. בתחתית גרם המדרגות שקע שבו הייתה נתונה דלת אבן, ושקע בתקרה שבו היה נתון צירהּ. הציר התחתון הוסר כשנחצבה במקום מדרגה נוספת, בשלב מאוחר יותר. צורת חדר הקבורה קרובה לקובייה שצלעותיה קטנים מעט מ-2.5 מטרים. בפינתו הדרום-מזרחית של החדר יורדות שלוש מדרגות מהפתח. אורכן של המדרגות קטן מעוביו של הפתח, כנראה כדי להגדיל את חלל החדר. בחדר כוך אחד בצדו הדרומי, סמוך למדרגות, ושני דרגשי אבן, הנתונים בתוך קמרונות קטנים במערב ובצפון. הכוך, שעומקו מגיע רק עד מטר וחצי, אינו גדול מספיק לקבורת אדם מבוגר, לעומת הקמרונות, שאורכם עולה על שני מטרים. הנזירים שעשו שימוש במבנה בתקופה הביזנטית פרצו חורים דרך הכוך והקמרונות, והכוך היה לכניסה העיקרית אל החדר, ואף הותקנו בו דלת ובריח. בין קירות החדר לתקרתו נמצא כרוב מסותת בקפידה, ובמרכז התקרה ריבוע משוקע, ובתוכו תבליט מעגלי שרישומו המדויק נמחה עם השנים. בין המעגל והזר נתונים ארבעה עיגולים קטנים, ובתוך הזר כוכב בעל שמונה קודקודים. לתוך התבליט נקדחו חורים ונתקעו מסמרי ברזל, כנראה כדי להחזיק בכלי מאיר. אין לדעת אם הקדיחה היא מעשה בוני הקבר המקוריים, או מאוחרת יותר.
מלאכת הבניה.
המצבה נבנתה תוך תכנון מוקפד ומלאכה מרובה. תחילה נבנה החלק העליון על פני הסלע, לאחר מכן נחצב החלק התחתון מתוך פני המצוק, ולבסוף סותתו פני הסלע בעדינות, תוך תשומת לב מרובה לצדדים ולפינות השונות. המצבה עשויה מבליל של סגנונות – נמצאים בה הסדר הדורי והסדר היוני עם מאפיינים יווניים ורומים (למרות סטיות רבות מהסדר המקובל), ועליהן מצטרפת האדריכלות המצרית. לפי חלק מהחוקרים, אף עקבות האדריכלות הפרסית והאדריכלות נבטית ניכרים במבנה. דומה שבוני קבר זכריה ויד אבשלום שאבו השראה מקבר בת פרעה הסמוך, הבנוי בסגנון מצרי טהור של קובייה ופרמידה על גבה. בקבר זכריה התווספו עמודים יוניים בני התקופה, ואילו ביד אבשלום התווספו עמודים דוריים ואנטבלטורה המפרידה בין הקובייה לפירמידה, ואף הפירמידה עצמה "שודרגה" לחרוט.
חקר יד אבשלום.
ראשוני החוקרים של ארץ ישראל נתנו דעתם ליד אבשלום, אך מלבד התבוננות במצבה, לא עשו דבר. אף שניתוחם הוא בעל אופי יותר מדעי, ושרטוטיהם מדויקים למדי, הם נכללים בתוך ספרות הנוסעים. הראשון שכתב מחקר מקיף על המצבה היה טיטוס טובלר, והראשון שעסק בארכאולוגיה שלה היה שארל קלרמון-גנו, שבשנת 1871 חפר וחשף את בסיסי העמודים בצד המערבי, ופינה את החדר הפנימי מהאבנים שהושלכו לתוכו במהלך השנים. בשנת 1924 עסקה משלחת של החברה לחקירת ארץ-ישראל ועתיקותיה בראשות נחום סלושץ בחפירת המבנה, ניקתה אותו ואת סביבותיו משפכי העפר וגדרה אותו בגדר ברזל. העבודה נעשתה תוך תיאום עם ועד העדה הספרדית בירושלים שהיה בעליה של האדמה. בשנות ה-40 חקר נחמן אביגד את מצבות נחל קדרון, ובכללן את יד אבשלום, ובשנת 1954 פרסם את ספרו "מצבות קדומות בנחל קדרון" שהיה ונותר העבודה המקיפה ביותר שנעשתה על יד אבשלום.
אביגד תיארך את יד אבשלום לתחילת המאה ה-1 לספירה, לאחר ניתוח הארכיטקטורה של המבנה וקביעה כי סגנונו משלב השפעות מצריות ויווניות המתאימות לסוף התקופה ההלניסטית. החוקרים עמוס קלונר ובועז זיסו, במאמרם על הנקרופוליס של ירושלים בימי בית שני, משייכים את המצבה לסגנון הפרובינציאלי האקלקטי של התקופה הרומית. סגנון זה מתוארך לתקופה בין 31 לפנה"ס עד 68 לספירה, ימי שלטונם של קיסרי השושלת היוליו-קלאודית.
בשנת 2000 הבחין האנתרופולוג ג'ו זיאס כי בתצלום של המצבה ניתן לזהות כתובת ביוונית מעל הפתח לחדר הקבורה. הכתובת הייתה כה מטושטשת, עד כי חמקה מעיניהם של כל החוקרים, וניתן להבחין בה רק בתמונות שצולמו בזווית מסוימת, בזמן מסוים ביום ובזמן מסוים בשנה. לאחר לא מעט מאמצים, אומתה מציאותה של הכתובת, ונעשתה תבנית שלה ושל שתיים נוספות שהתגלו בקרבתה. נכתב בה:
לפי הברית החדשה, זכריה הכהן היה אביו של יוחנן המטביל. על פי העיצוב והסגנון של האותיות, הכתובת נכתבה במאה הרביעית לספירה, כלומר כ-300 שנה לאחר בניית המבנה, מה שמעיד כי המקום היה אז אתר קדוש לנוצרים.
מסורות.
מסורת יהודית קדומה מקשרת את המצבה עם מצבתו של אבשלום, עליה מסופר בספר שמואל:
מיקומה של המצבה אינו מזוהה, לבד מהקביעה שהיא נמצאת ב"עמק המלך", שמקומו אינו מפורט.
בשלהי תקופת בית שני כבר הצביעה המסורת הארץ-ישראלית על אתר בסביבות ירושלים וזיהתה אותו עם יד אבשלום התנ"כית. יוסף בן מתתיהו מיקם את המצבה "שני ריסים מירושלים", אולם לא מסר מיקום מדויק. מקור נוסף מתקופה זו היא מגילת הנחושת, המספרת על אוצרות שהוטמנו במקומות שונים בממלכת יהודה, ובין שמותיהם של מקומות אחרים סביב ירושלים, מופיע גם שמה של יד אבשלום:
כלומר: בעומק שתים עשרה אמות, מצדה המערבי של יד אבשלום, טמון מטמון של שמונים כיכרות.
בתקופה הביזנטית, הכשירו נזירים את המבנה למגורים ופרצו פתחים נוספים בקירות החדר הפנימי. סביב הכניסה הדרומית, חקקו הנזירים כתובות ביוונית הלניסטית, המשקפות את המסורות הנוצריות של אותה העת. מצד שמאל של הפתח נחקקה המילה "נפש". מעל לכניסה נחקק הכיתוב "זוהי מצבתו של זכריה המרטיר, כהן ירא-אלוהים, אבי יוחנן". מסתבר כי זכריה הנזכר הוא זכריה, אביו של יוחנן המטביל, אולם הקושי עולה מאזכור המילה מרטיר, שהרי בברית החדשה, אין זכר להריגתו של זכריה, אולם ייתכן שהמסורת חיברה בין זכריה זה לזכריה אחר שנהרג (כגון זכריה בן יהוידע, זכריה בן ברכיה, או זכריה בן ברוך/בריס).
מצדו הימני של הפתח נחקקה כתובת אנכית: "הקבר של שמעון אשר היה איש צדיק וגם זקן מאוד חסיד ומחכה לנחמת העם". הטקסט, המכיל ציטוט מתוך לוקאס ב, 25, כפי שהוא מופיע בקודקס סינאיטיקוס, מתייחס לשמעון הקדוש, שקיבל את פני ישו התינוק בבית המקדש.
בשנת 333 תיאר הנוסע מבורדו את המצבה, וזיהה אותה כקברו של המלך חזקיהו. מכאן ואילך, מוזכר יד אבשלום מאות פעמים בספרות המסעות במהלך הדורות, כשמסורות שונות קושרות אותו לאישים חשובים שונים. נוסעים שונים קובעים כי כאן נקבר יהושפט, כנראה בהשראת השם עמק יהושפט שניתן לחלק זה של נחל קדרון, ונוסעים נוצרים רבים מספרים כי במקום נקברו שמעון וזכריה. רבים מהנוסעים אף מוסיפים אליו את יעקב אחי ישו ומספרים כי נבנתה כנסייה קטנה במקום. מסורות אלו השתמרו לאורך הדורות, אם כי לעיתים מזומנות מתחלפות מצבות נחל קדרון השונות בתיאורי הנוסעים, עד כי בשלהי ימי הביניים מרביתם מייחסים את קבורת זכריה למצבה הנמצאת מעט דרומית ליד אבשלום, ונקראת עד היום בשם קבר זכריה. המסורת על קברו של יעקב הועברה לקבר בני חזיר הנמצא בתווך, ואילו שמו של שמעון כמעט ולא מוזכר יותר. הפרשן הקראי יפת בן עלי, בן המאה העשירית, אומר בפירושו לשמואל ב יח:יח: "יש אומרים שעמק המלך הוא גי בן הנום, ויד אבשלום הוא המקום הידוע בשם קומקום פרעה (קמקם פרעון)". ר': כתב יד ניו יורק, בית המדרש לרבנים 3386, דף 342. שמו של אבשלום בן דוד שב ועלה במאה ה-10 או ה-11, ב"מדריך ירושלים" שהתגלה בגניזה הקהירית. מכאן ואילך, אף כי שמות קדושים אחרים צצו מדי פעם, מרבית התיאורים קראו למצבה בשם יד, עמוד או מצבת אבשלום.
מנהג קדום, שנהג על ידי המקומיים בני כל הדתות הוא סקילת המצבה. תיאור מרתק במיוחד של מנהג זה מספק הצליין פליקס פברי, בשלהי המאה ה-15:
מנהג זה ידוע גם ממקורות יהודיים ובהם משולם מוולטרה (שביקר בארץ ישראל בשנת 1481), תלמידו של רבי עובדיה מברטנורא (1495) ושמואל בן-דוד הקראי (1641-2). לפי המסורת היהודית נהגו כך הערבים, אולם על פי הנוסעים הנוצרים היה המנהג הזה משותף לבני כל העדות. הכומר הפרנציסקני אבגניוס רוג'ה, שביקר באתר במחצית הראשונה של המאה ה-17, טען כי חציו נתמלא באבנים ו"לולא כן היה יכול לעמוד בשורה אחת עם מעשי-הפלאים הנראים כיום בעולם".
המנהג המשיך במהלך הדורות, וערמות האבנים נערמו מחוץ למצבה עד שפונו בשנת 1924 על ידי משלחת החפירות של החברה לחקירת ארץ-ישראל ועתיקותיה, בראשותו של נחום סלושץ. גם בשנות ה-40, נצפו אנשים שהמשיכו לאחוז במנהג.