Bangunan masjid secara arsitektural merupakan bangunan perpaduan Timur Tengah dan Eropa dengan struktur yang terbuat dari bata dan mortar. Atap pada bangunan utama masjid juga terbuat dari bata dan mortar. Adapun mortar dimungkinkan menggunakan campuran kapur dan agregat berupa pasir dan kerikil. Sementara itu, pada beberapa bangunan pendukung kerangkan atapnya masih terbuat dari kayu dengan atap dari genting. 

Luas bangunan utama Masjid Raya Sultan Riau adalah 20 x 18 m. Terdapat 13 kubah pada bagian atap masjid yang bentuknya menyerupai kubah masjid di Timur Tengah. Selain itu, pada bagian penjuru keempat sudut bangunan masjid dijumpai menara yang bentuknya kerucut dengan hiasan kemuncak berbentuk oval yang meruncing pada ujungnya. 

Semua daun pintu dan jendela pada bangunan utama masjid terbuat dari kayu denga engsel yang terbuat dari besi dengan kondisi yang masih asli dan terawat. Pada bagian barat masjid dijumpai mihrab yang terbuat dari kayu. Selain bangunan masjid dan makam, pada ruang masjid juga dijumpai cagar budaya berupa naskah kuna yang disimpan pada dua buah almari kayu pada bagian serambi masjid.

Selain bangunan utama berupa bangunan masjid, juga dijumpai makam pada bagian Barat masjid. Luas lahan masjid adalah 54,5 x 23,5 m yang dikelilingi tembok dengan ketebalan mencapai 50 cm. Bangunan pendukung pada Masjid Raya Sultan Riau terdiri dari bangunan fasilitas umum yang berfungsi sebagai tempat pengurus masjid dan tempat berwudhu.

Masjid ini mulai didirikan pada tanggal 1 Syawal 1249 H(1832) oleh YDMR VII, Raja Abdurrahman (memerintah 1831-1844), sebagai tempat ibadah umat Islam, khususnya yang ada di Pulau Penyengat. Masjid ini bangun oleh Raja Abdurrahman bersama kurang lebih 5000 penduduk Pulau Penyengat.

Sumber : SK Mendikbud Penetapan penyengat Cagar Budaya Nasional