海原清真大寺经多次重修扩建而成，占地面积为4100平方米，内有建筑面积1025平方米，修建经堂和大殿460平方米。式样采用中国宫殿式和阿拉伯建筑艺术相结合，经堂五间，大殿七间，为砖木结构。大殿主体建筑两脊一卷300平方米，可容纳600多人，卷棚110平方米，经堂为三层，下层五间，中层三间，上层一间，共240平方米，高11.7米。
望月台、经堂和大殿全部用3厘米厚的松木板铺垫而成，二道院内建有正房三间(五檩)、东西厢房六间、过道学房五间、沐浴室三间、保管室五间、卫生间一间，共24间，360平方米，总计建筑面积约1470平方米。
经堂和大殿楼四面的挑角、卷棚前檐以及所有的门窗都是精心雕刻的花纹组成。门窗上檐饰以金字《古兰经》经文浮雕，显得分外肃穆庄严，高大的拱形门洞用砖砌而成，上面建有三层木隔宣礼楼，高达8米，整个建筑气势宏大肃穆，壮观。寺院周围还有与寺同龄的参天大榆树14棵，围径4米左右，更增添了大寺的宏伟雄姿。
