این بنای تاریخی در جنوب حرم مطهر رضوی قرار دارد و به رواق‌‌های دارالسیاده و دار الحفاظ متصل است.
این مسجد به دستور بانو گوهرشاد، دختر امیر غیاث الدین ترخان، از امرای جغتایی، همسر شاهرخ تیموری در سال 821 قمری توسط معمار معروف ایرانی، قوام الدین شیرازی، با به‌کارگیری سبک معماری دوران تیموری ساخته شد.
کاشی‌کاری مسجد، نمونه‌ای از شاهکارهای عهد تیموری است. طاق‌‌های گنبدی شکل مسجد و مناره‌‌های آن با ویژگی و تزیینات خاص و با استفاده از سبک مقرنس، همچنین نقوش و خطوط دیواری بر روی زمینه گچی و معرق‌کاری ممتاز عصر تیموری، جلوه‌‌های بی‌نظیری را به نمایش گذاشته است.
این بنای باستانی، نمونه کامل و برجسته هنر ایرانی به شمار می‌رود که تمام خصوصیات و ویژگی‌‌های معماری سنتی در آن به‌کار رفته است.
به‌ویژه ایوان جنوبی مسجد به نام ایوان مقصوره، با حدود 500 متر مربع مساحت، 37 متر طول و 5/25 متر ارتفاع، از باشکوه‌ترین ایوان‌‌های مسجد است.
ضلع‌های مسجد، همه با کاشی‌‌های معرق نفیس آراسته شده و در تمام دیوارها و غرفه‌‌های آن اسماء الله و آیات قرآن و احادیثی که بعضی مربوط به مسجد است، وجود دارد.
کتیبه ممتاز و تاریخی بایسنقر (فرزند گوهرشاد) که از بهترین ثلث‌نویسان عهد تیموری بوده، با زیباترین خطوط ثلث بر پیشانی ایوان مقصوره خودنمایی می‌کند و تاریخ بنای مسجد بر کاشی معرق، در این کتیبه به چشم می‌خورد.
محراب، یک پارچه از سنگ مرمر با تزیینات و کنده‌کاری و کتیبه‌ای در میان مقرنس‌کاری‌‌های آن، نمایانگر هنر آن دوران است.
منبر صاحب الزمان (عج) واقع در کنار محراب ایوان مقصوره، از لحاظ قدمت حائز اهمیت است.
این منبر نفیس، از چوب گردو و گلابی با شیوه منبت‌کاری بدون به کار رفتن میخ در آن، به دست پر توان استاد محمد نجار خراسانی، منبت کار معروف عصر فتحعلی شاه قاجار ساخته شده است.
منبر صاحب الزمان (عج) در سال 1325 شمسی توسط مرحوم استاد حیدر نیکنام گلپایگانی مرمت شد.
گنبد رفیع مسجد بر فراز ایوان مقصوره، بر عظمت این بنا افزوده است. ارتفاع گنبد حدود 41 متر و فضای خالی بین دو پوشش گنبد، 10 متر است. سطح خارجی آن با آجر لعاب‌دار و یک کتیبه با خط کوفی تزیین شده است.
در دو طرف این ایوان، دو مناره هر کدام به ارتفاع 43 متر از کف مسجد ساخته شده و دارای کتیبه‌‌هایی چند است. مسجد گوهرشاد صحنی به وسعت 2800 متر مربع دارد و زیربنای آن 9400 متر مربع است.
بنای مسجد شامل 8 ایوان بزرگ و هفت شبستان است. گنبد خانه پشت ایوان مقصوره، با شبستان‌‌های یک طبقه، بخش‌‌های مختلف مسجد را به هم ربط می‌دهد.
ایوان جنوبی، ایوان مقصوره نام دارد و ایوان شمالی، معروف به ایوان دار السیاده است. ایوان شرقی، ایوان اعتکاف نامیده می‌شود و ایوان غربی، ایوان شیخ بهاء الدین نامگذاری شده است.
نام بانو گوهرشاد، بانی مسجد، در ایوان شمالی مسجد (ایوان دارالسیاده) بر کاشی معرق به رنگ زرد و خط ثلث نوشته شده است. این ایوان با معرق‌کاری زیبایی تزیین شده و بر سر در ورودی آن به رواق دارالسیاده، پنجره‌ای نقره از آثار عهد قاجاریه نصب شده است.
دو ایوان شرقی و غربی مسجد گوهرشاد، با معرق‌کاری ممتاز و کتیبه‌‌هایی به خط ثلث، مسجد را به رواق امام خمینی (قدس سره) و بست شیخ بهاء الدین مرتبط می‌کند.
این مسجد در طول زمان بر اثر عوامل طیبعی و انسانی صدمات زیادی دیده است؛ از جمله در زمین لرزه سال 1084، ایوان مقصوره صدماتی دید که مورد بازسازی قرار گرفت.
مرمت‌‌های دیگر مسجد پس از گلوله باران روس‌‌ها در سال 1330 هـ.ق بود که به صدمه دیدن گنبد و ایوان‌‌های مسجد انجامید. گنبد و ایوان مقصوره و ایوان‌‌های شرقی و غربی مسجد در سال 1339 قمری مورد بازسازی اساسی قرار گرفت.
سردرها: سردرها برای شکل دادن به مجموعه بارگاه منور امام (علیه السلام) طراحی شده‌اند. در سه ورودی از خیابان‌‌های شیرازی، نواب صفوی و طبرسی، سردرهایی با زیربنای بیش از 70 هزار متر مربع احداث شده است.
سردر شیرازی: سردر شیرازی، در مسیر ورود زائران از خیابان شیرازی واقع شده و با 24625 متر مربع مساحت و 25492 متر مربع زیربنا، در غرب اماکن متبرکه ساخته شده است.
سردر نواب صفوی: این سردر، در مسیر ورود زائران از خیابان نواب صفوی واقع شده است. 16164 متر مربع مساحت، 16850 متر مربع زیربنا دارد و در شرق اماکن متبرکه واقع شده است.
سردر طبرسی: سردر طبرسی، در مسیر ورود زائران از خیابان طبرسی و در شمال اماکن متبرکه و روضه منوره واقع شده است و 26923 متر مربع مساحت و 27715 متر مربع زیربنا دارد.
منبع مورد استفاده برای این مدخل