آرامگاه خیام از مهم‌ترین جاذبه‌های گردشگری شهرستان نیشابور است.  نیشابور در روزگاران کهن، یکی از مهم‌ترین شهرهای ایران و موطن بسیاری از بزرگان علم، فرهنگ و هنر بوده است و امروزه میزبان گردشگرانی است که به دیدار آثار به جامانده از آن دوران می‌روند. حکیم عمرخیام از دانشمندان و شاعران مطرح قرن پنجم هجری است. وی از جایگاه علمی بالایی در میان دانشمندان برخوردار بوده است. با این وجود رباعیات خیام نقش برجسته‌ای در شهرت او داشته است. 

از زمان مرگ خیام تا اوایل قرن چهاردهم هجری شمسی بنای خاصی به عنوان آرامگاه او ساخته نشد. تا این که در این زمان پیشنهاد ساخت مقبره‌ای در خور این دانشمند و شاعر ارائه شد و انجمن آثار ملی مسئولیت آن را بر عهده گرفت. استاد هوشنگ سیحون، معمار برجسته‌ی ایرانی، به عنوان طراح این بنا انتخاب شد. در نهایت در سال ۱۳۴۱ ساخت آرامگاه به پایان رسید و در فروردین سال ۱۳۴۲ به صورت رسمی افتتاح شد.

در طراحی بنای آرامگاه خیام به سه مورد مهم توجه شده است و آن ریاضی، شعر و نجوم است. در واقع تلاش معمار بر این بوده تا این سه جنبه‌ی مهم شخصیت خیام را در آرامگاه او متبلور سازد. بنای آرامگاه خیام ده پایه دارد. 

با توجه به اهمیت عدد ده به عنوان اولین عدد دو رقمی و پایه اعداد اصلی این نکته به نوعی نمادی از فعالیت‌های خیام در زمینه‌ی ریاضیات است. در محل برخورد تیغه‌های بنا نیز می‌توان شکل‌هایی شبیه به ستاره را دید که نمایان‌گر وجه نجومی خیام است. در بخش‌هایی از بنا نیز رباعیاتی از خیام زینت‌بخش بنا شده‌اند که با خط تعلیق نوشته شده‌اند.

موزه تخصصی خیام در مجاورت آرامگاه وی قرار دارد که در آن ابزارهای رصد و ستاره‌شناسی، انواع مختلف ظروف و نسخ خطی و تابلوهای مربوط به خیام به نمایش گذاشته شده است.

سنگ فیروزه نیشابور همواره از شهرت زیادی برخوردار بوده است و انگشتر با نگین فیروزه از گران‌ترین و با ارزش‌ترین سوغاتی‌های این شهر است. در اطراف آرامگاه خیام، فروشگاه‌های متعددی وجود دارد که علاوه بر نمایش آثار هنری با فیروزه، امکان خرید سوغاتی اصیل نیشابور را به گردشگران می‌دهد.

آرامگاه عطار و مقبره‌ی کمال الملک نیز در فاصله‌ی نزدیکی از آرامگاه خیام واقع شده‌اند