این مسجد در کنار خیابان امام خمینی(ره) واقع گردیده و یکی ازوسیع ترین و بهترین مساجد قزوین و ایران است. اصل بنای مسجد توسط شاه اسماعیل اول آغاز شده و توسط شاه تهماسب به اتمام رسیده است؛ اما با گذشت زمان و عدم مراقبت ویران گردیده تا اینکه در دوره قاجاریه به دستور فتحعلی شاه، مسجد جدیدی جایگزین آن شده است. بنای مسجد به صورت چهار ایوانی ساخته شده و دارای صحن وسیعی است.
مساحت کل مسجد، حدود ۱۲۲۴۰ و مساحت صحن آن، ۶۶۶۴ متر مربع است. مسجد از جانب شمال دارای جلوخان طولانی و عریضی است که از دو طرف با دیوارهای آجری و طاقنماهای منظم محصور گردیده و در انتهای شمالی به وسیله پلکان‌هایی که مطابق با عرض جلوخان است، به خیابان امام خمینی متصل می‌گردد. در بخش میانی جلوخان از جانب شرقی، راهرویی سرپوشیده است که به طرف شرق می رود و در وسط به در حمام شاه می‌رسد و انتهای آن، دری است که به بازارچه سعد السلطنه راه دارد. در ابتدای جلوخان و پس از خارج شدن از در بزرگ شمالی مسجد در جانب شرقی و غربی جلوخان، پلکان‌هایی است که از جانب باختر به زمین متروکی می‌رود (این معبر متروک و مسدود است) و از جانب خاور به بازارچه سعدالسلطنه راه پیدا می‌کند.
سردر شمالی مسجد بسیار مجلل و رفیع است و سرتاسر آن با کاشی‌های مینایی و اسلوب بدیعی تزیین گردیده و دارای کتیبه‌ای از کاشی لاجوردی و به خط نستعلیق ممتاز و عالی به تاریخ ۱۲۰۲ هـ. ق است. در این کتیبه، شرح ساخت مسجد به دست فتحعلی شاه قاجار آمده است.
حیاط مسجد به شکل مربع مستطیل است و در هر یک از جهات اصلی آن، ایوانی قرار دارد. در طرفین هر ایوان، رواق و شبستان‌هایی ساخته شده است. هر یک از رواق‌های شمالی و جنوبی دارای چهار طاقنما، و رواق های شرقی و غربی دارای نه طاقنما هستند و هر یک از طاقنماها نیز ارسی‌های سه چشمه‌ای دارند که مشرف به صحن مسجد است. امروزه به جای ارسی‌های قدیمی، درهای چوبی جدیدی کار گذاشته‌اند.
ایوان‌های چهار گانه، با کاشی‌های مینایی مزین گردیده و درهر ایوان، کتیبه‌ای از کاشی لاجوردی و به خط نسخ نگاشته‌اند. متن کتیبه‌ها، قرآنی است و در آخر کتیبه ایوان جنوبی، عبارت " بمعماری استاد میرزای شیرازی - عمل استاد اسمعیل کاشی پز ۰۲ ۱۲" آمده است.
صحن مسجد از سه طرف به خارج راه دارد و معبر آن، از گوشواره‌های دو طبقه واقع در طرفین ایوان‌ها است. سردر ورودی غربی بسیار محتشم و رفیع است و تزیینات بدیعی از کاشی‌های مینایی و کتیبه‌ای به تاریخ ۱۲۲۰هـ. ق دارد.
متصل به ایوان جنوبی، مقصوره رفیعی به ابعاد ۱۴×۱۵ متر قرار دارد که ازاره آن از سنگ و بقیه آن اندود گچی است. در دیوار جنوبی این مقصوره، محرابی از سنگ مرمر قرار دارد که با کاشی‌های مینایی رنگ تزیین یافته است. در هر یک از دیوارهای شرقی و غربی مقصوره، ارسی سه چشمه‌ای قرار دارد که از آنها می‌توان به شبستان‌های اطراف مقصوره راه یافت. این شبستان‌ها هر یک دارای ۲۸ طاق کوچک ـ هر طاقی به وسعت ۱۶ متر مربع است که به فاصله ۶ متر از همدیگر ساخته شده و روی ۱۸ ستون استوار شده‌اند. حجم ستون‌ها هر یک ۲۵/۲ متر است. بر فراز مقصوره، گنبد بزرگ و زیبایی به قطر دهانه ۱۵متر قرار دارد. این گنبد به صورت دو پوسته پیوسته ساخته شده و ارتفاع تیزه داخلی آن تا کف بنا، ۸۳/۲۰ و ارتفاع رأس خارجی آن تا کف حدود ۲۵/۲۳ متر است. ضخامت بدنه گنبد در پاکار نیز حدود ۷۰/۱ متر است. سطح خارجی گنبد با کاشی پوشیده شده و دارای طرح‌های هندسی و خطی است. این کاشیکاری در سال ۱۳۲۶ شمسی تجدید شده است. سطح داخلی گنبد گچ‌اندود است.
در گذشته، در طرفین گنبد، مناره رفیعی قرار داشته که مادام دیولافوا به آنها اشاره کرده است. در داخل گنبد احادیث و آیاتی چند به خط نسخ ممتاز جلی در کاشی لاجوردی به تارخ ۱۲۲۰ هـ. ق کتیبه شده است. در برابر گنبد، ایوان رفیع و زیبایی است که با تزیینات کاشی و مقرنس پوشیده شده است. طول این ایوان، ۱۷ و پهنای آن، ۷ متر است و با درگاه وسیعی وارد مقصوره می‌شود. ایوان شمالی دارای طاقی است که سطح زمین آن به شکل کثیرالاضلاع مخمس بنا شده و به مساحت ۸۲ متر است و بالای آن، مأذنه وسیعی وجود دارد. در وسط حیاط، یک حوض بسیار بزرگ سنگی به شکل مربع مستطیل ساخته شده است. همچنین در مغرب دالان شمالی مسجد، حوضخانه‌ای است که طاق‌های آن روی شش ستون سنگی قرار گرفته و حوض بزرگی از سنگ دارد. در همین دالان، لوحی از سنگ مرمر از فتحعلی شاه قاجار در دیوار جنوبی نصب شده است. این مسجد به شماره ۱۲۲ به ثبت تاریخی رسیده است.
