牛街清真寺建築集中對稱，其格局採用漢族宮殿式的木結構形式為主，其細部帶有濃厚阿拉伯建築的裝飾風格。精美的雕樑畫棟，別具風格的殿堂屋頂，隨處可見的《古蘭經》文和讚美穆罕默德詞句的細部裝飾等，處處呈現出漢族古典宮殿式建築與阿拉伯式清真寺的完美結合。
寺院為漢族宮殿式建築，內部裝修結合阿拉伯式建築風格。總建築面積1500平方米。寺院對面為一座長40米的漢白玉底座灰磚影壁。寺門有5門，中大邊小，前有朱漆木柵。正門在望月樓下，樓高10米，為六角形雙層亭式樓閣。由便門進入兩層院落，正西為禮拜大殿，五楹三進七層42間，可容千人禮拜。
殿內明柱組成仿阿拉伯式尖形拱門，有巾金的贊主贊聖經文，天花板半米見方，也飾以圖案和阿文讚詞。窯殿為六角攢尖亭式建築，兩側有飾以阿文庫法體的鏤空木雕窗櫺。大殿正東為邦克樓，樓前月台上有日晷和2座碑亭，碑文記載禮拜寺修建經過。
由禮拜殿、望月樓、宜禮樓、講堂、碑亭、對廳、沐浴室等組成。寺門對面一大影壁，長40米，高5米，漢白玉底座，灰色大方磚鑲面。寺的主體建築為禮拜殿，面積600平方米，坐西朝東，它與其他清真寺所不同的是，進寺東門繞大殿左右兩側再迂迴入殿，故稱“珍珠倒捲簾”。
大殿結構由3個勾連搭式屋頂和1座六角形攢尖頂亭式建築組成，左右襯以抱廈，古樸宏麗。
殿南北五楹，東西3進42間，縱深30餘米，由18根立柱組成21個拱門，殿內可供千餘人禮拜。樑柱間用尖拱形，天花樑柱上以粉貼金繪成阿拉伯圖案，門楣飾以各種字體的《古蘭經》文。殿後部穹窿藻井系宋代建築，兩側用阿拉伯文組成的雕空門窗，筆法蒼勁，屬“庫法體”。大殿前的左右兩側建有兩座碑亭，右亭建於公元1487年（明弘治元年），為敕賜禮拜寺碑記。左亭建於1496年（明弘治九年），有漢阿兩種文字刻的《敕賜禮拜寺記》碑，但碑文字跡大多無法辨認。
公元1068~1077（宋熙寧年間），有坎馬丁之子馬哈木所建的宣禮塔，為歇山重檐方亭建築，前身為宋、元年間修建的尊經閣，與兩座碑亭三足鼎立。望月樓高約10米，平面呈六角形亭式閣樓，重檐歇山頂，亭頂蓋覆有上黃下綠色琉璃瓦，周圍有窗扇，窗外繞以走廊。
寺內東側有與大殿、宜禮塔成一次形的對廳7間，建於1442年（明正統七年），是聚會議事之所。大殿南端有名為“滌慮處”的男、女分設沐浴房，供穆斯林潔身淨心之用。寺院東南跨院內有兩座“篩海墳”，寺內存兩塊墓碑，據碑載，為宋末元初來華講學的波斯人穆罕默德·本·艾哈邁德和布哈拉人阿里，他倆分別病逝於1280年（元至元十七年）、1283年（元至元二十年）。
牛街清真寺比較著名的建築應當數寺門前大影壁上的“四無圖”玉石浮雕了。這部作品出自明代前期，圖高80釐米、寬35釐米，圖上繪有鍾、如意、棋盤和香爐等。雖然整幅圖不大，卻寓意深長。這幅浮雕圖內四種物件各有所指，“鍾”通“忠”，如意的“意”通“義”，“棋”通“齊”，香爐的“香”通“襄”，這四個字合起來就是“忠義齊襄”，即忠義雙全的意思。
封建社會提倡上盡忠，下結義，這樣才能功成名就，這幅浮雕用四件事物很好地概括了這個意思，可見設計者的良苦用心。另外，大多數人認為圖中的鐘、如意、棋盤、香爐四件東西與穆斯林沒有任何關係，這也是“四無圖”得名的原因。“一無”是“有鍾無人敲”，穆斯林每天以太陽的高度來認定晨、晌、晡、昏、宵五個時間，做五次禮拜，根本不靠敲鐘報時，所以清真寺內沒有鍾，即使有，也只不過是個擺設罷了。
“二無”是“有玉無人佩”，玉是富貴的象徵，自然是人人垂涎的寶貝，但是穆斯林的教義是，今生富貴與否都由主定然，假如沒有富貴命，一味地過分爭取，浪費時間，倒不如多花點精力做善功，因而也無需佩帶玉。“三無”是“有棋無人下”，主鼓勵教徒們自力更生，靠自己的雙手吃飯，在閒暇的時候也不能懶惰，要主動到清真寺去做禮拜，不要總是賞花下棋放縱自己。
“四無”是“有爐無香燒”，清真寺並不像佛寺道觀內總是煙霧繚繞，讓人有輕飄飄的感覺，禮拜寺的香火主要是用來“聞香”的，真正做禮拜時是不點香的，所以香爐也就沒什麼用處了。“四無圖”設計者的動機至今讓人琢磨不透，但是這幅浮雕構圖古樸簡練，意境深遠，不僅是牛街清真寺的一件珍貴文物，也是北京浮雕中的一件瑰寶。
【結束語】關於牛街清真寺的始建年代，史料上説法不一，有的説是在公元960年前後，有一位叫革瓦默丁的阿拉伯“篩海”來北京傳教，他的兒子品行很好，而且有特異功能，對金銀財寶、爵位官銜沒什麼興趣，他對皇帝説燕京這塊地方以後必將是個興隆之地，希望能在這裏修建一座清真寺。皇帝對此大加讚賞，恩准他在京城南郊建了一座清真寺，就是牛街清真寺。
