牛街清真寺建筑集中对称，其图案主要采用汉宫式木结构形式，其细节具有强烈的阿拉伯建筑装饰风格。精致的雕刻梁和建筑，独特的宫殿屋顶，到处都可以看到古兰经和赞美穆罕默德文字的细节装饰，到处都呈现出汉族古典宫殿建筑和阿拉伯清真寺的完美结合。
寺庙是汉族宫殿式建筑，内部装饰结合阿拉伯式建筑风格。总建筑面积1500平方米。寺庙对面是一座40米长的白色大理石底座灰色砖墙。寺庙门有五扇门，中大边小，前面有朱漆木栅。正门在望月楼下，楼高10米，是一个六角形的双层亭子。从门到两层庭院，西面是礼拜大厅，五对三到七层42间，可容纳数千人。
殿内明柱形成仿阿拉伯式尖拱门，金巾赞主赞圣经文，天花板半米见方，还饰有图案和阿文赞词。窑是一座六角形的尖亭式建筑，两侧都装饰着阿文库法体的镂空木雕窗棂。正东的大厅是邦克大厦，楼前的月台上有日羲和两个亭子。碑文记录了礼拜寺的建设。
由礼拜殿、望月楼、宜礼楼、讲堂、碑亭、对厅、浴室等组成。寺门对面有一堵大影子墙，长40米，高5米，白色大理石底座，灰色大方砖镶嵌面。寺庙的主要建筑是礼拜殿，面积600平方米，位于西向东。与其他清真寺不同的是，寺庙的东门绕着寺庙的左右两侧绕着寺庙，所以它被称为珍珠倒卷帘。
大殿结构由三个勾连式屋顶和一座六角形的尖顶亭式建筑组成，左右衬托，古朴宏丽。
殿南北五对，东西3进42间，纵深30多米，由18根柱子组成21个拱门，殿内可供1000多人周使用。梁柱之间有尖拱，天花梁柱用粉金画成阿拉伯图案，门楣饰有各种字体的《古兰经》。殿后穹顶藻井为宋代建筑，两侧由阿拉伯文组成的雕空门窗，笔法苍劲，属库法体。殿前左右两侧建有两座碑亭，右亭建于公元1487年(明宏治元年)，为礼拜寺碑。左亭建于1496年(明宏治九年)，有汉阿两种文字刻的《礼拜寺纪念碑》，但大部分都无法辨认。
公元1068~1077(宋熙宁年间)，有坎马丁之子马哈木建的宣礼塔，是歇山重檐亭建筑。前身为宋元时期修建的尊经亭，与两个碑亭三脚架立立立。望月楼高约10米，平面为六角形亭式阁楼，重檐休息山顶。亭顶覆盖着上黄下绿色琉璃瓦，周围有窗扇，窗外围绕着走廊。
寺内东侧有7间与大殿、宜礼塔成一次形的对厅，建于1442年(明正统七年)，是聚会议事之所。大殿南端有一个叫聚焦处的男女浴室，供穆斯林洁身洁心。寺庙东南跨院有两座筛海墓，寺庙内有两块墓碑。据碑文记载，波斯人穆罕默德是宋末元初来华讲课的·本·艾哈迈德和布哈拉人阿里分别于1280年(元至元17年)和1283年(元至元20年)去世。
著名的牛街清真寺建筑应该是寺前大影墙上的四无图玉石浮雕。这部作品出自明代早期，图高80厘米，宽35厘米，画钟、如意、棋盘、香炉等。虽然整幅画不大，但寓意深长。这幅浮雕图中的四个物体各有所指，钟通忠，如意通义，棋通齐，香炉通香通香。这四个字的结合是忠义齐襄，即忠义双全。
封建社会提倡忠诚和忠诚，这样才能成功。这个浮雕用四件事概括了这个意思，说明设计师的良苦用心。此外，大多数人认为图中的钟、如意、棋盘和香炉与穆斯林无关，这也是四无图命名的原因。一无就是没人敲钟。穆斯林每天在太阳的高度认定晨、中、下、昏、宵五个星期，根本不靠敲钟报时，所以清真寺没有钟。即使有，也只是一种装饰。
二无是有玉无人佩，玉是财富的象征，自然是大家垂涎的宝贝。然而，穆斯林的教义是，今生的财富取决于它是否富有。如果没有财富和生活，最好花更多的精力去做好事，所以没有必要戴玉。三无就是下棋无人下棋。主要鼓励教徒自力更生，用自己的双手吃饭，闲暇时不要懒惰。他们应该主动去清真寺做礼拜，不要总是赏花下棋放纵自己。
四无是有炉无香。与佛寺道观不同，清真寺不总是烟雾缭绕，让人感觉轻盈。礼拜寺的香主要是用来闻香的。真正做礼拜的时候不点香，所以香炉没用。四无图设计师的动机至今令人费解，但这种浮雕构图简洁，意境深远。它不仅是牛街清真寺的珍贵文物，也是北京浮雕的瑰宝。
【结论】关于牛街清真寺的建设，历史上有不同的说法。有人说，公元960年左右，一位名叫革瓦默丁的阿拉伯筛海来到北京传教。他的儿子性格好，功能特殊。他对金银财宝和头衔不感兴趣。他告诉皇帝，燕京将来会是一个繁荣的地方，希望在这里建一座清真寺。皇帝对此大加赞赏，恩准他在京城南郊建了一座清真寺，那就是牛街清真寺。
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