大寺占地面积5186平方米，庭院式建筑，西面大殿是寺院主体建筑。建筑面积500平方米，坐西向东。面阔五间，由前殿、川亭子、月台三部分组成。平面呈凸字形，前殿为单檐歇山式建筑，飞檐脊兽，雕梁画栋。屋顶为绿色琉璃瓦，大殿后部伸出上八下四的重檐八角亭，与前殿相连，俗连“川亭子”。大殿始建年代无考，建筑专家们从遗存的建筑装饰判断属于清代乾嘉年间所建。

　　与市区其它清真寺不同的是，陕西大寺大殿系中原地区古代传统砖木结构、琉璃瓦顶的建筑风格，坐西向东，高达十余米。大殿前部为单檐歇山式，用40根朱红色大柱支撑梁架，美观而有气势。拱门上，刻有《古兰经》文，其刻工之精，令人赞叹。后部为望月楼，乃阿訇登临观看月亮出没，宣告斋戒的场所，为上八下四的重檐式八角亭。这种建筑形式在新疆十分罕见。