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米的照壁，为“月藏松柏”砖雕图案。与照壁形成对照的是3个转砌券门，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，民国时期曾遭龙卷风破坏，后改建为2层。从券门入内沿阶而上，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。殿外装饰精致，翘檐斗拱，庄重朴素。 同心清真大寺不仅是穆斯林宗教活动场所，还是一座具有光荣革命历史的文物建筑。1936年，中国工农红军西征时，曾经发动当地群众在此召开各界代表大会，并成立了中国历史上第一个县级回民自治政权——陕甘宁省豫海回民自治政府。1958年，同心清真大寺被宁夏回族自治区人民政府列为全区重点文物保护单位。
