La sala principal sigue el modelo de la mezquita del Cristo de la Cruz. Es de planta irregular cuadrada, algo mayor que la anterior, con tres naves y nueve espacios creados por cuatro columnas sin basas, pero sólo la bóveda central presenta estructuras cruciformes, siendo las demás vaídas.

Quedan restos del muro de la quibla y del mihrab, desaparecidos en el derrumbe de la casa colindante.

Lo que determina la singularidad de este edificio es el hecho inusual de tener dos plantas, a causa del desnivel del terreno. Así la entrada desde la plaza del Solarejo está prácticamente a nivel de la sala de oraciones, mientras que la de la calle Tornerías se abre a las estructuras romanas de uno de los depósitos de agua, castellum acquae, que sustentan aquella.

Está documentada en el siglo XII, así que probablemente se construyera en el siglo XI. Adquirió una especial importancia al ser la única mezquita en mantener su uso religioso hasta el siglo XV.