То, что сегодня называется древним Мервом, — это остатки пяти городищ, которые служили столицами в разные эпохи: Султан-кала, Гяур-кала, Эрк-кала, Абдул-лахан-кала и Байрамалихан-кала. Мургабский оазис был густо заселён уже в античную эпоху. ВIV в. до н. э. город был завоёван Александром Македонским и стал называться Александрией Маргианской. После смерти Македонского маргианские земли присоединились к Сирийскому государству Селевкидов. На какое-то время древний Мерв пришёл в упадок. Восстановили его при Антиохе I Сотере (280—261 гг. до н. э.), приказавшем обнести оазис оградой протяжённостью около 250 км! Таким образом, «Великая стена Малой Азии» появилась раньше, чем Великая Китайская стена. Город получил новое имя —Антиохия Маргианская. Городище Гяур-кала сохранило очертания античной архитектуры тех времён. Это фортификационное сооружение площадью свыше 300 га, а общая толщина культурных слоёв здесь достигает 12 м.
В XI—XII вв., во время правления великих Сельджуки-дов, Мерв достигает наивысшего расцвета. Султан Мелик-шах (1072—1092 гг.) обносит город крепостной стеной и рвом. Эта крепость площадью свыше 400 га известна как Султан-кала — Крепость султанов. В её северо-восточной части строится цитадель Шахриар-арк, где располагаются дворцовые комплексы султанов, здания административного назначения и воинские казармы.
В 1221—1222 гг. Мерв был стёрт с лица земли воинами Чингисхана. Кочевники уничтожили город с его почти двухмиллионным населением, роскошными дворцами, зелёными садами, плотинами, окружающими оазис. Мерв начали восстанавливать лишь в конце XIV в., но город так и не вернул себе былое величие. Сегодня о нём напоминают лишь развалины когда-то прекрасных зданий да ощущение бесконечности времени.
В арабский период Мерв был столицей халифата, и в нём проживал безмерно богатый халиф аль-Мамун, сын Гарун-ал-Рашида, прославленный в сказках «Тысяча и одна ночь». Мерв раннего Средневековья дал миру многих выдающихся учёных, писателей, музыкантов. Здесь родился великий философ и поэт Омар Хайям.
Возведённый в центре Султан-калы мавзолей султана Санджара считается непревзойдённым образцом архитектурного искусства Восточной Туркмении. Купол этого почти 40-метрового сооружения сделан из двух тонких кирпичных оболочек. Мастер Мухаммед ибн Атсыз ас-Серахсы построил двухъярусный купол, подобный которому появился в Европе лишь спустя 100 лет — во флорентийском соборе Санта-Мария дель Фьоре зодчего Филлиппо Брунеллески. Внутри геометрические узоры не только служат украшением, но и поддерживают купол.
