清真寺始建于明朝洪武年间，后在建文、永乐、万历年间几经修葺，特别是在崇祯年间进行了扩建，成为规模宏大的建筑群。据传，明朝末年，崇祯皇帝为修缮金銮殿，从南方伐来大批大料经运河北上，船经泊头冯家口时，李自成已率农民起义军攻下北京城。当时，泊头在朝的回族官员御史石三畏、礼部沿书余继登，用这批木料修缮了清真寺。
泊头清真寺因建筑规模宏伟壮观、风格独特而驰名全国。该寺正门坐西向东，仿北京柴紫禁城午门样式。进入前院，南北各有义学堂，中间是一座高20米的两层建筑望月楼，又称“班克楼”穿望月楼，中院有南北配殿，拾级而上，正中便是精臻美观的花殿阁，木雕字画，出檐深度大，极富明代木质建筑特色。后院正中便是规模宏大的礼拜大殿。大殿前、中、后三殿合一，面积1950平方米。大殿顶部飞檐四出，角亭对立。其后室殿部分呈方形，殿顶起六角形的亭子，顶子用方木叠落成藻井形式，使大殿更显庄严，举目全寺，楼台殿阁，成垂一线，重重院落相套，横向配以门道、石桥，使寺院对称、协调、肃穆、大方。
寺内院落基本上分为三重：前院、中院和殿庭。前院左右有南北义学堂，中间是望月楼；中院为南北配殿；殿庭有南北讲堂，大殿前月台东端有花殿阁。望月楼高24米，楼内下为阁，上为厅。大殿包括抱厦、前殿、中殿、后窑殿四部分，平面呈凸形。后窑殿是全寺最高点，站在这里，寺院周围的风景一览无余。
