محراب گچبری امامزاده ربیعه خاتون در قسمت گنبد‌خانه مسجد قرار داشته و دارای یک پیشانی کتیبه‌دار یک طاقنما با قوس تیزه‌دار که بر روی دو ستون‌نما با سرستون‌های گلدانی شکل قرار گرفته و اطراف آن به وسیله یک کتیبه احاطه شده است. سطح این محراب با انواع کتیبه‌ها شامل آیات ۱ تا ۶ سوره «مومنون» و حدیثی از پیامبر (ص) «قال النبی علیه السلام الدنیا مزرعه الاخره» به خط کوفی و سوره‌های «اخلاص»، «حمد» و کتیبه‌های مربوط به نام هنرمند سازنده محراب «عمل مسعود کرمانی» در سمت راست بدنه داخلی محراب و سال ساخت محراب «فی سنه ثمان و سبعمائه» در سمت چپ بدنه داخلی محراب، به قلم ثلث در میان زمینه‌ای از نقوش فلس مانند، به زیبایی آراسته شده است. محراب با انواع اسلیمی، گُل‌های ختایی که با خطوط موازی و آژده‌کاری تزیین شده و نقوش هندسی به صورت ساده و گره‌سازی، اجرا شده است.
کتیبه‌های نقش شده بر روی این محراب گچبری با خطوط کوفی و ثلث در میان نقوش زیبای اسلیم و هندسی زیبایی خاصی به آن بخشیده است.
این محراب در زمرۀ بزرگترین محراب‌های گچبری ایران و از نمونه های منحصر به فرد گچبری دورۀ ایلخانی است که دارای تزیینات متنوع و پیچیده گچبری در چند سطح و دارای تاریخ و نام سازنده محراب است.
