کاوش‌های باستان‌شناسی نشان می‌دهد این مسجد را روی بقایای عبادتگاهی قدیمی (احتمالا آتشکده) بنا کرده‌اند و حتی نقشه‌ بنای قبلی در طراحی مسجد نیز تاثیرگذار بوده است. این عبادتگاه قدیمی مربوط به دوره‌ پیش از اسلام است؛ ولی به‌علت محدودیت در کاوش‌ها مشخص نیست متعلق به کدام‌یک از دوره‌های تاریخی است.

ساخت بنای این مسجد متعلق به دوران حکومت عمرولیث صفاری، دومین فرمانروای سلسله‌ صفاریان یعنی بین سال‌های ۲۶۵ هجری قمری تا ۲۸۷ هجری قمری است. بنای این مسجد در طول حیات خود بارها مرمت شده است که بسیاری از این مرمت‌ها قدمت قابل توجهی دارند.در این عمارت، یک قرآن سی‌پاره (سی جزئی) مربوط به دوره‌ شاه اسماعیل صفوی وجود داشته که در گوشه‌ تمامی صفحات آن، نام مسجد نوشته شده است. اکنون این قرآن به‌همراه چند قرآن تک جزئی که آن‌ها هم از قرآن‌های موجود در این عمارت بوده‌اند در موزه‌ پارس شیراز نگهداری می‌شوند.

عمارت دارالمصحف، عمارتی چهارگوش است که در هر یک از گوشه‌های خود یک ستون مدور دارد. این عمارت در چهارضلع خود، ایوان دارد و اتاقی در وسط آن قرار گرفته که از ایوان‌های شمالی و جنوبی دارای ورودی است. کتیبه‌ این عمارت، نمونه‌ ارزنده‌ای از هنر خطاطی ایرانی و شامل اشعار عربی در شان قرآن و به خط ثلث است. این کتیبه اثر پیر یحیی جمالی صوفی از خوش‌نویسان صاحب نام سده‌ هشتم هجری است. این عمارت که از سنگ و گچ ساخته شده است، تنها یک بار و در مرمت مسجد عتیق در سال ۱۳۱۵ مرمت شده است.