Дворцовая мечеть расположена в нижнем дворе комплекса. Лаконичность ее призматических объемов, завершенных двумя слегка заостренными куполами, оттенена стройной вертикалью минарета, возвышающегося в северо-восточном углу здания. В мечети имеются два молельных зала - большой мужской и меньших размеров - женский, а также пара небольших вспомогательных комнат, в которые можно взобраться по каменным винтовым лестницам. Все эти помещения вписаны в прямоугольник плана, из которого незначительным выступом выделяется лишь женская молельня.

В мечеть ведут три входа. Северный - главный вход подчеркнут порталом. По обеим сторонам портала находятся полуциркульные в плане ниши, которые предназначались для обуви, так как по обычаям мусульманского мира в мечеть нельзя входить, не сняв обуви и не совершив обряд омовения. Процесс омовения проходил в северной части двора за портальным переходом на нижний двор, где на возвышенной площадке имеется колодец и небольшой бассейн.

С востока, со стороны среднего двора, в мечеть ведет второй вход, отмеченный более скромным порталом; с запада входной проем ничем не выделен.

В верхние углы центрального зала мечети вмурованы четыре больших глиняных кувшина, обращенных узкими горлышками внутрь, в зал. Это дает, с одной стороны, отличный резонанс, так как кувшины служат своеобразными голосниками, а с другой стороны, это является конструктивно-строительным антисейсмическим приемом, придающим большую устойчивость зданию - понижение центра тяжести посредством облегчения верха.

В торце южной стены центрального зала мечети расположен скромно декорированный михраб, неглубокая ниша которого перекрыта стрельчатым полукуполом. В мечети имеются ниши различных форм и назначений. Они служили для складывания молитвенных ковриков, чирахов, коранов, четок.

Окна забраны каменными решетками-шебеке, что придает этому скромному по архитектурному убранству зданию особую красоту.

Минарет мечети возвышается на 22 метра. Под сталактитовым поясом минарета расположена надпись, которая гласит: "... приказал построить этот минарет величайший султан Халил-Улла I. Да возвеличит аллах дни его правления и царствования. Восемьсот сорок пятый год" (1441-1442). Балкончик минарета (шерефе) изначально был каменным, но в 1723 году, когда Баку подвергся бомбардировке русских войск, снаряд разрушил часть минарета. Позднее, в наше время балкончик восстановили, сделав его уже железным.