Ο θολωτός τάφος του Ατρέως δέσποζε στη δυτική πλαγιά της ράχης της Παναγίτσας, στα νοτιοδυτικά της ακρόπολης των Μυκηνών και επάνω στον οδικό άξονα, που συνέδεε τις Μυκήνες με το Ηραίο του Άργους. Πρόκειται για έναν από τους μεγαλύτερους και τελειότερους μυκηναϊκούς θολωτούς τάφους και τον πιο εντυπωσιακό από τους εννέα, που συνολικά έχουν βρεθεί στις Μυκήνες. Χρονολογείται μεταξύ του 1350 και του 1250 π.Χ. και θεωρείται ως ένα από τα ωριμότερα δείγματα του τύπου. Είναι βέβαιο ότι χρησιμοποιήθηκε για την ταφή κάποιου σημαντικού μέλους της βασιλικής οικογένειας των Μυκηνών. Ήδη από την εποχή του περιηγητή Παυσανία (2ος αι. μ.Χ.) οι κάτοικοι της περιοχής γνώριζαν το μνημείο ως «θησαυρό», δηλαδή ως θησαυροφυλάκιο του ιδρυτή της μυθικής μυκηναϊκής ακρόπολης, του Ατρέως. Μέχρι σήμερα ο τάφος είναι γνωστός και ως «θησαυρός του Ατρέως» ή «τάφος του Αγαμέμνονα».

Η πρόσβαση στον τάφο γινόταν μέσω του δρόμου, που έχει μήκος 36 μ. και πλάτος 6 μ, είναι λαξευμένος στο βράχο και επενδυμένος με λείους επιμήκεις λίθους από αμυγδαλόπετρα, τοποθετημένους σε οριζόντιες στρώσεις, κατά το ψευδοϊσόδομο σύστημα. Στο ανατολικό του άκρο εδράζεται σε άνδηρο και ορίζεται από τοίχο κτισμένο με πώρινους λίθους. Ο δρόμος οδηγεί στο στόμιο του τάφου, που έχει μήκος 5,40 μ. Ήταν φραγμένο με συσσωρευμένες μικρές πέτρες έως την ξύλινη, δίφυλλη και πιθανόν επενδυμένη με χαλκό θύρα, ύψους 5,40 μ. και πλάτους 2,40 μ. Το υπέρθυρο της εισόδου αποτελούν δύο εξαιρετικά μεγάλοι λίθοι, από τους οποίους ο εσωτερικός έχει μήκος 8 μ., πλάτος 5 μ. και βάρος περίπου 120 τόνων. Η πρόσοψη του τάφου, ύψους 10,50 μ. και πλάτους 6 μ., ήταν διακοσμημένη με ημικίονες σε δύο επίπεδα, κατασκευασμένους από πράσινο λίθο με ανάγλυφα στοιχεία. Από αυτούς σήμερα σώζονται στην αρχική τους θέση μόνο οι τετράγωνες βάσεις εκατέρωθεν της εισόδου. Αλλεπάλληλες ταινίες από πράσινο και ερυθρό λίθο, επίσης με ανάγλυφη διακόσμηση από σπείρες και ρόδακες, κάλυπταν το κουφιστικό τρίγωνο. Τμήματα αυτής της διακόσμησης βρίσκονται σήμερα διάσπαρτα σε διάφορα μουσεία, στο Εθνικό Αρχαιολογικό Αθηνών, στο Λονδίνο, στο Παρίσι, στο Βερολίνο, στο Μόναχο και στην Καρλσρούη. Ο κυκλικός θάλαμος του τάφου, διαμέτρου 14,60 μ. και ύψους 13,40 μ., καλύπτεται με κυψελοειδή θόλο και είναι κτισμένος με 33 αλλεπάλληλες σειρές από λείους επιμήκεις αμυγδαλόλιθους, τέλεια συναρμολογημένους ώστε ο καθένας να εξέχει ελάχιστα από τον κατώτερο. Ένας τελευταίος λίθος, το «κλειδί», φράζει την οπή στην κορυφή της θόλου εξασφαλίζοντας την ισορροπία και τη συνοχή της και είναι το μόνο στοιχείο όλης της κατασκευής που έχει αντικατασταθεί στη σύγχρονη εποχή. Το εσωτερικό της θόλου διακοσμούσαν χάλκινοι ρόδακες στους αρμούς των λίθων, από τους οποίους έχουν παραμείνει στη θέση τους μόνο τα καρφιά από την τρίτη σειρά και επάνω. Στη βόρεια πλευρά της θόλου ανοίγεται μικρός, ορθογώνιος, πλευρικός θάλαμος, λαξευμένος στο βράχο (6,50 ? 6 μ. και 5 μ. ύψος), όπου έμπαινε κανείς από στενή είσοδο με ανασκουφιστικό τρίγωνο στο υπέρθυρο. Στο δάπεδό του ήταν λαξευμένοι δύο λάκκοι, ενώ δύο λίθινες βάσεις δείχνουν ότι και εδώ υπήρχαν κίονες. Πιθανόν από εδώ να προέρχονται οι «ελγίνειες πλάκες» του Βρετανικού Μουσείου, κατασκευασμένες από γύψο και διακοσμημένες με ανάγλυφους ταύρους. Παρόμοιο πλευρικό δωμάτιο υπάρχει μόνο σε δύο ακόμη βασιλικούς θολωτούς τάφους, σε αυτόν του Μινύου στον Ορχομενό και στο θολωτό τάφο Α΄ των Αρχανών. Η όλη κατασκευή επάνω από τη θόλο καλυπτόταν με τύμβο, που δημιουργήθηκε με τη συσσώρευση χωμάτων και στηριζόταν στη βάση του περιμετρικά με τοίχο κτισμένο στην πρόσοψη με ορθογώνιους πωρόλιθους.

Μετά τη μυκηναϊκή εποχή το μνημείο δεν χρησιμοποιήθηκε πλέον ως τάφος. Αγγεία αρχαϊκής εποχής, που βρέθηκαν έναντι του τοίχου που στήριζε τον τύμβο, αποτελούν πιθανόν ίχνη προγονολατρείας. Ο τάφος είχε ήδη λεηλατηθεί το 2ο αι. μ.Χ., όταν τον επισκέφθηκε ο Παυσανίας και ήταν εν μέρει καταχωμένος, όταν στους περασμένους αιώνες βοσκοί τον χρησιμοποιούσαν ως καταφύγιο, αφαιρώντας το «κλειδί», προκειμένου να έχει διέξοδο ο καπνός από τις φωτιές τους, που άφησε τα ίχνη του στις παρειές της θόλου. Από το 1998 βρίσκονται σε εξέλιξη οι εργασίες συντήρησης του μνημείου στο πλαίσιο του έργου «Συντήρηση-Στερέωση-Ανάδειξη των Μνημείων της Ακροπόλεως Μυκηνών και του Ευρύτερου Περιβάλλοντος Χώρου», που ανέλαβε αρχικά η Ομάδα Εργασίας Συντήρησης Μνημείων Επιδαύρου και από το 1999 και εξής η Επιτροπή Μυκηνών, που συγκροτήθηκε από το Υπουργείο Πολιτισμού.