该寺特点是将伊斯兰建筑与中国古典建筑巧妙的结合,在新疆颇具代表性。该寺建筑造型受中国传统建筑文化的影响,采用了宫殿式建筑走型,保持了古代传统木结构的建筑格式,具有鲜明的中原古代传统宫殿建筑的风格,融合了民族文化的建筑精华,有较高的历史、建筑艺术和观赏价值。1962年被列为新疆维吾尔自治区级文物保护单位。
平时有几百人作礼拜。在一年一度的规模较大的开斋节和“古尔邦”节期间,参加会礼的穆斯林可达千人左右。
寺院正面是大殿,大殿高达10余米,系古老的砖木结构,风格颇似中国古代宫殿,前部为单檐歇山式,屋顶铺嵌着绿色琉璃瓦。大殿周围走廊有36根红圆木柱,规模宏伟,十分壮观。大殿后部为上八下四的重檐式的“八角楼”,系望月楼。殿内四壁和门窗的装饰,刻工精美,砖雕木刻均采用花卉、瓜果等各种图案,既严格遵循不使用偶像和动物图饰的伊斯兰教义,又保持中国古代传统木结构的建筑风格。大殿内铺垫着供穆斯林礼拜用的毛毯。
大殿前面是宽敞的大院,除西面外,各面均建有厅堂。北厅是讲堂,南厅为浴室,东厅是各地阿訇进修之所。
陕西大寺在抗日战争时期是全市回族穆斯林开展爱国主义教育和支援抗战活动的中心,解放后,多次进行支援抗美援朝的活动。
这座清真寺始建于清乾隆年间(1736——1795年),迄今已有200多年历史。历经沧桑,到清末光绪三十二年(1906年),由陕西渭河流域一带各方伊斯兰教回民人士捐资重建。解放前该寺已破旧不堪,解放后列入自治区重点文物保护单位。“文革”间,陕西大寺遭到严重破坏,党的十一届三中全会以后,由于拨乱反正,落实了党的民族政策和宗教政策,陕西大寺恢复了正当的宗教活动。政府还拨出专款帮助翻建陕西大寺。
陕西大寺经过翻建,使这一古建筑重新放出青春的光辉,面目一新,每天都有很多穆斯林前来进行宗教活动,从而满足了乌鲁木齐市穆斯林宗教生活的需要。每逢宗教节日,人们欢聚陕西大寺,参加会礼。
来乌鲁木齐的国际友人常到这里过宗教生活或参观。乌鲁木齐市的伊斯兰教协会会址也设在这里。