این مسجد، اولین مسجد چوبی مقاوم در برابر زلزله در جهان می‌باشد. این بنا ۲۰۰ مترمربع وسعت دارد و سقف آن به صورت شیروانی می‌باشد. دو مناره آن ۱۳ متر از سطح زمین ارتفاع و وزن هر یک تقریباً ۴ تن است. شکل ظاهری مسجد به صورت کشتی‌ای وارونه بر زمین است. در ساخت این مسجد که حدود ۲ سال طول کشیده، ۴۰ تن چوب استفاده شده است.

اجداد «سلطان غیاث‌الدین محمد» بسیار متعالی و اشخاص ذی نفوذی بوده‌اند به نحوی که در سده پنجم تا نهم هجری اداره اصلی حرم حضرت رضا(ع) را به عهده داشتند به همین علت نام آن‌ها بر روی اغلب اشیای تاریخی آستان قدس رضوی مانند کاشی‌های سنجری، سنگاب خوارزمشاهی و در مسجد بالا سر کتیبه شده است. ایشان در قرون هفتم تا نهم هجری نقیب سادات شهر مشهد و در سده نهم تا یازدهم هجری از جمله بزرگان این شهر بوده‌اند. گویا بنایی که بر مزار وی ساخته شده همزمان با وفاتش در زمان سلطنت شاهرخ تیموری بوده است. بنابراین قدیمی‌ترین بنای مشهد پس از حرم مطهر بر جای مانده از سادات موسوی است.

وجه تسمیه بنا به «گنبد خشتی» نیز به دلیل آجری یا خشتی بودن آن بوده است. فضای ورودی بنا از ضلع جنوبی آن وارد رواقی چهار ضلعی می‌شود و سپس به محوطه اصلی، با چهار شاه‌‌نشین منتهی می‌گردد. در زمان احداث بنا «سوره ملک» با خط خوش ثلث در زیر پوشش داخلی، کتیبه شده، لبه‌های چهار ایوان نیز با سوره واقعه به قلم شیوای ریحان آراسته گردیده است. بنابر شواهد، گنبد خشتی در زمان قاجار مرمت و فضای داخلی آن با نقاشی وکتیبه مزین شده است.
آدرس: خیابان طبرسی، کوچه نوغان، نزدیک فلکه طبرسی

بارها و در زمان‌های مختلف، بر اثر عوامل طبیعی و انسانی صدمات فراوانی متوجه مسجد گوهرشاد شده است؛ از جمله در زمین لرزه سال ۱۰۸۴، ایوان مقصوره صدماتی دید که بازسازی گشت. از جمله مرمت‌های دیگر مسجد پس از گلوله‌باران روس‌ها در سال ۱۳۳۰ هـ. ق بود که به صدمه دیدن گنبد و ایوان‌های مسجد منجر گردید؛ این صدمات در سال ۱۳۳۹ قمری  مرمت گردیدند.

در عصر سامانیان افرادی همچون عمیدالدوله فایق و ابوبکر- شهمرد به بازسازی این بقعه کمر همت بستند. پس از آن نیز در سالیان بعد در زمان سلطنت سنجر سلجوقی توسط «شرف الدین ابوطاهر قمی» و در دوره خوارزمشاهیان و تیموریان نیز اقداماتی در راستای بازسازی و تکمیل تزئینات حرم مطهر انجام گرفت. در زمان خوارزمشاهیان (612 هـ. ق) کتیبه کاشی خشتی زیبایی به خط ثلث برجسته بر روی دیوار دو طرف در ورودی حرم از جانب رواق دارالحافظ نصب شد که بر آن نام و نسب حضرت رضا (ع) تا حضرت امیرالمونین علی (ع) ذکر شده است. چند کتیبه و همچنین سه محراب دیگر نیز مربوط به این دوره است که در مجموعه ابنیه متبرکه موجود هستند. بنای دارالحافظ دارالسیاده، تحویل خانه یا خزانه و مدرسه‌های پریزاد، بالاسر و دو در نیز مربوط به دوره تیموری می‌باشند. مسجدجامع گوهرشاد که بانی آن «گوهرشاد آغا» همسر «شاهرخ تیموری» است از دیگر یادهای این دوره می‌باشد.