ساخت این مسجد در شهر باستانی شوشتر بعد از فتح مسلمانان و اسلام آوردن مردم، در سال ۲۵۴ قمری در زمان سیزدهمین خلیفه عباسی «المعتزبالله المتوکل» که در زمان امام حسن عسکری (ع) خلافت می‌کرد، آغاز شد.
هرکدام از خلفای عباسی که در مسجد کارهایی را انجام داده است کتیبه ای از کار خود به یادگار گذاشته است. مسجد در گذشته دارای تعداد بیشتری کتیبه گچی و سنگی بوده اما در تعمیرات دهه 40 و بعد از آن از بین رفته است.
سمت شمال مسجد 12 ردیف ستون و سمت جنوب آن 8 ستون وجود دارد و بلندی آنها به 5 متر می‌رسد.
از مشاهده قوس طاق ها و ایوان رفیع و شبستان آن که به شیوه معماری دوره ساسانی ساخته شده است، قدمت بنا و تعلق آن به اوائل اسلام تا حدودی روشن می‌شود.
مسجد دارای حیاط وسیع و ستون‌های قطور و بسیار محکمی می‌باشد به طوری که قطر هر ستون بیش از یک و نیم متر است و بنای آن بیشتر از سنگ و آجر است و دارای منبری قدیمی است که قدمت آن را 700 سال نوشته‌اند.
در قسمت راست منبر نوشته‌هایی به خط کوفی از جنس تخته بریده شده است. ساختمان منارة مسجد را به دوران چوپانیان و شیخ اویس بن شیخ حسن چوپانی نسبت می‌دهند. بلندی مناره قبل از فرسایش، 26 متر بوده اما هم اکنون در حدود 18 متر است.
مسجد جامع در گذشته دارای یک حوض بزرگ بوده که توسط قناتی که از نهر داریون آب می‌گرفته پر می‌شد. شکل ستون‌های جلوی مسجد در دهه 40 به بنا الحاق شده‌اند و در گذشته حمامی که در پشت مسجد قرار داشت در وقف مسجد بوده است.
قبل از پوشش کنونی، سقف مسجد به وسیله شاه چوب هندی مسقف شده بود و بر طبق کتیبه موجود در مسجد که دارای تاریخ سال ۱۲۱۳، ۱۱۷۵، ۹۳۳، ۶۸۳ ،۴۴۵ هجری قمری است معلوم می‌شود که مسجد جامع شوشتر در قرون بعد به کرات تعمیر و مرمت شده است.
شبستان اصلی مسجد در طرف جنوب واقع شده، در شبستان منبر چوبی نفیسی قرار دارد که طبق کتیبه، نام (منصور ابو احارث) و تاریخ صفر سال۴۴۵ هجری قمری بر روی آن حک شده است.
همچنین بر دیواره شبستان مسجد کتیبه گچبری با مضمون سوره یاسین حک شده است. مسجد در گذشته دارای تعداد بیشتری کتیبه گچی و سنگی بوده که متاسفانه در تعمیرات دهه۴۰ و بعد از آن از بین رفته است.
مسجد دارای حیاط وسیع و ستون‌های قطور و بسیار محکمی است به طوری که قطر هر ستون بیش از 5/1 متر است و بنای آن بیشتر از سنگ و آجر است و دارای منبری قدیمی است که قدمت آن را ۷۰۰ سال نوشته‌اند، در قسمت راست منبر نوشته‌هایی به خط کوفی از جنس تخته بریده شده است.
این منبر قدیمی 17 پله دارد که تعداد این پله‌ها به دلیل تعداد رکعت‌های نمازی است که هر مسلمان در روز اقامه می‌کند. چوب استفاده شده در این منبر از نوع آبنوس هندی است و در سال 1276 هجری قمری ساخته شده است.
مردم به دلیل اعتقاد زیادی که به این منبر داشته اند در روزهای خاصی در سال با روشن کردن شمع و بستن نیاز به این منبر دخیل می بسته اند که در یکی از این سال ها این منبر آتش می گیرد و قسمتی از آن طعمه حریق می‌شود.
مسجد جامع شوشتر دارای دو محراب است که یکی برای اقامه نماز جماعت در فصول سرد سال بوده که در داخل ساختمان مسجد تعبیه شده است و دیگری نیز برای فصول گرم سال در بیرون از ساختمان مسجد ساخته شده است.
این محراب دارای معماری پیش از اسلام بوده است و وجود پایه های پافیلی در کنار این محراب این مهم را تائید می‌کند.
وجود آجر چینی خاص در سقف این محراب باعث شده است که نقش 12 نام علی(ع) در این محراب چشم هر بیننده و اهل نظری را خیره کند. به عبارتی، معماری ویژه این مسجد باعث شده شوشتر در قرون ابتدایی اسلام مرکزیت خاصی داشته باشد.
ساختمان مناره مسجد را به دوران چوپانیان و شیخ اویس بن شیخ حسن چوپانی نسبت می‌دهند. بنای مناره مسجد جامع در سال ۸۲۲ هجری بوده است و چون کج شده بود در قرن دوازدهم قفسه‌اش را از ترس انهدام تا حد مقرنس برداشتند و در سال‌های انقلاب مشروطیت که آن را در جنگ‌های محلی سنگر قرار داده بودند و قسمتی از طرف مشرق آن خراب شد، در وسط آن میلی استوانه شکل از آجر ساخته شده که روی آن با کاشی زیبا مفروش است و بر تمامی آن کلمه «الله اکبر» نوشته شده است.
در مسجد جامع شوشتر دستورات حکومتی و احادیث زیادی در قالب کتیبه‌های خطی و سنگ نوشته بر دیوار حکاکی و یا نصب شده است.
تعداد این کتیبه‌ها به بیش از 40 عدد می‌رسید که در شرایط کنونی تنها 35 کتیبه از این تعداد باقی مانده است. برخی از این فرامین مانند دستور ممنوعیت شرب خمر و کبوتر بازی در شوشتر بوده که توسط خلیفه وقت صادر شده است.
برخی دیگر از این کتیبه ها در مسجد جامع شوشتر به دستوراتی حکومتی درباره قلعه سلاسل بر می گردد که با خط کوفی و زیبا بر سنگ حک شده است که در دهه 20 این کتیبه ها در مسجد جامع قاب گرفته شده است.
این بنای تاریخی در سال 1315 توسط وزارت فرهنگ و هنر با شماره 286 در فهرست آثار ملی ایران به ثبت رسید و مالکیت آن در اختیار اداره اوقاف گذاشته شد.