Медресе Улугбека было построено в 1417-1420 годах по приказу правителя Мавераннахра, великого ученого и астролога Мирзо Улугбека. Это медресе является старейшим сохранившимся учебным заведением в Средней Азии.
По указанию Улугбека медресе были построены также в Бухаре и Гиждуване. По общему мнению, медресе в Самарканде является самым совершенным в архитектурном отношении из всех.
Фасад медресе выходит на площадь и отличается величественной крышей, построенной в строгих пропорциях. Крышу ограждают стены, увенчанные куполами классных комнат, которые не сохранились до наших дней. По углам медресе возвышаются крутые минареты (их длина более 30 метров). Минареты служили не только местом призыва на молитву, но и имели конструктивно-техническое значение — они уменьшали давление свода крыши, одновременно выполняя эстетическую функцию, придавая вертикальное направление композиции здания.
Медресе Улугбека было одним из крупнейших учебных заведений в Средней Азии. Институт религиозного образования приобрел иное значение в период правления Улугбека. Это место стало местом изучения не только религиозных, но и светских наук: астрономии, математики и либеральной философии суфизма, завернутой в религиозную оболочку. Лекции читали учёные эпохи медресе, такие как Казизода Руми и сам Улугбек.
В XX веке медресе Улугбека несколько раз реконструировалось. За годы независимости медресе было вновь капитально отреставрировано, восстановлен исторический облик здания.