相传建于明万曆年间（1573－1620年）。明初在原喇嘛寺基础上修改的。从照壁、礼拜殿脊檩处墨书题词看，清乾隆五十六年（1791）和光绪三十三年（1907）曾两次重修。同心清真大寺，已有几百年的历史了。同心清真大寺本是宋、元遗物。当初，这座同心清真大寺建在小土山上，高出地面十丈，四周民房聚集，花草繁多，清水河映照着同心清真大寺古寺的倒影，十分美丽壮观。

同心清真大寺院入口处附近的墙上，有两块石雕横额，分别留有：“明万曆年间重修”和“乾隆五十六年辛亥蒲月重修”字样。这说明同心清真大寺现址至少也有四百余年了。

该寺为中国传统古典建筑风格，建筑面积为2870平方米。

全寺分为内外两院，外院较为宽敞，穆斯林重大节日常聚于此处会礼。寺门前有长9米、高6米之照壁，为“月藏松柏”砖雕图案。与照壁形成对照的是3个砖砌券门，镌刻有阿拉伯文砖雕和花卉图案，技艺精湛，栩栩如生。中门上书“清真寺”3个大字，左右两个券门分别书写有“忍心”、“忍耐”门额。券门上部原有四角攒尖顶的3层邦克楼一座，民国时期曾遭龙捲风破坏，后改建为2层。从券门人内沿阶而上，内院高台有礼拜大殿，座西朝东，视野开阔，殿前南北讲堂各5间，与大殿形成三合院式布局。大殿由两座歇山顶和一个卷棚顶勾连搭，面阔5间，进深9间，内有20余根明柱支撑，木板铺地，墙壁装饰有《古兰经》文书法。大殿宽敞，可以容纳千余人同时礼拜。殿外装饰精緻，翘檐斗拱，庄重朴素。1938年，曾在该寺开办过阿訇教义国文初级讲习所。