El edificio poee una forma rectangular, su planta no ha recibido ampliación desde la época de Almanzor (s. XI), ocupa una superficie de más de 22.000 m2, 175 m. de N‑S y 128 m. de E‑O.
Las mezquitas, según el islán, han de estar orientadas a la Meca, para que el rezo sea dirigido a este lugar santo musulmán. La orientación de la Mezquita de Córdoba no se ajusta a esta norma islámica (dirección sudeste, en este caso), sino que la Qibla se orienta hacia el sur; sobre esta anomalía se han dado diversas explicaciones, como “tiene la misma orientación que las mezquitas de Siria” (de donde venía su promotor), pues allí la Meca estaba en dirección sur; otros exponen “la negativa del emir de orientar la mezquita en dirección a la tierra de la que tuvo que huir”. Pero gracias a las excavaciones realizadas en el año dos mil uno, se ha conseguido demostrar que la orientación le viene dada a la mezquita por adaptarse al urbanismo tardo romano, existente en el momento de la construcción del templo islámico, respetando las calles anteriores, como las que han aparecido en la citada prospección arqueológica; esta adaptación al urbanismo, harán que las dos siguientes ampliaciones se realizasen hacia el sur, manteniendo la anchura inicial.
La calle romana se localizo a dos metros y medio de profundidad, junto al que fuera muro este de la primera mezquita, y que debía de continuar por la actual calle “Céspedes”, era una calzada de amplias losas de piedra de gran dureza, con una anchura de cuatro metros y medio.
La piedra utilizada para la construcción de la mezquita, en su mayor parte, es carbonato de cal, fosilífera, que se encontraba con facilidad en las cercanías, esta piedra posee un alto grado de erosión a los agentes naturales. La construcción de las fachadas se realizó con sillares mezclándose su disposición horizontal y transversal, como se aprecia en la fotografía, esta técnica es conocida como “soga y tizón”, muy utilizada por los musulmanes hispanos y posteriormente en el estilo mudéjar.
Las cuatro fachadas han recibido diversas transformaciones a los largo de los ochocientos años que finalizó su uso islámico. En la fachada norte se construyó la torre, que envuelve el alminar. La paredoeste, sus puertas conservan decoración islámica, pero varias fueron transformadas con decoración posterior o restauradas.
La que más variación ha sufrido es la sur, en la que se abrieron diversos balcones. La fachada este, en la zona del liwan, fueron muy restauradas a iniciods del siglo XX.
