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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：“明万历年间重修”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。
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。
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。殿外装饰精致，翘檐斗拱，庄重朴素。