بنای اولیه مسجد جامع نائین را به عمربن عبدالعزیز، خلیفه هشتم، امویان که دوران خلافتش از ۹۹ تا ۱۰۱ بوده، نسبت داده‌اند. مسجد جامع نائین را از آثار نیمه دوم قرن سوم هجری قمری دانسته‌اند. پروفسور پوپ ساختمان مسجد را به سال 350 هجری قمری و آندره گدار فرانسوی آن را به حکومت دیلمیان منسوب می‌کنند.
اطراف آن منزل پیرنیا و نارین قلعه (نارنج قلعه) است که قدمتش به دوره قبل از اسلام، حدود اشکانیان و ساسانیان می‌رسد و اکنون تل خاکی بیش از آن باقی نمانده است. این مسجد به سبک مسجدهای عربی ساخته شده و یک مناره دارد و گنبد آن یک پوسته است. مسجد جامع نائین از معدود مساجد اولیه شبستانی است که کمتر دستخوش تغییر و تحول شده و صورت اولیه خود را تا امروز حفظ کرده است. ساختمان اولیه مسجد در قرن دوم هجری قمری احداث شده که شامل قسمت زیادی از مسجد فعلی بوده است. مناره مسجد نیز با توجه به نوع تزئینات زیر نعلبکی آن، از آثار دوره سلجوقی است.
در قرن هشتم هجری قمری، شبستان قبلی مسجد را با احداث سقف‌های کمرپوش در قسمت‌هایی از آن دو طبقه کردند.
سردر اصلی در شمال شرقی صحن مسجد واقع شده است. صحن مرکزی مسجد وسعت زیادی ندارد و به شکل چهارضلعی بنا شده است. این صحن در سه طرف شرقی، جنوبی و غربی خود دارای چهلستون‌هایی است که مداخل بلند آنان مشرف به صحن است. نمای داخلی چهلستون‌ها دارای تزئینات آجری ساده است اما در مرمت‌های دوران بعد بیشتر بخش‌های آنها با گچ ساده پوشیده شده است. نمای اطراف صحن همچنان با آجرهای ساده‌ی برجسته تزئین شده به گونه‌ای که تزئینات مسجد جامع نائین شباهت فراوانی به سردر مسجد جورجیر اصفهان پیدا کرده است.
