مسجد تاریخانه در جنوب شرقی شهر دامغان قرار دارد و همانند بسیاری از بناهای دوره ساسانیان، بدون پِی ساخته شده است. در این روش ساخت، دیوارها و ستونها بر روی یک لایه آجر قرار میگیرند که از سمت قُطر آن، کار گذاشته میشوند. این بنا در گذشته به عنوان آتشکده کاربرد داشت. در زمان ورود اسلام به ایران (قرن هفتم میلادی)، با الگوبرداری از ساختمانهای دوره ساسانی به مسجد تغییر کاربری پیدا کرد.
این بنای مستطیل شکل، دارای یک شبستان در جهت قبله، حیاط مرکزی با رواقهایی در اطراف آن، محراب، منبر و ۳۴ عدد ستون است. شبستان بنای مزبور، هفت دهانه دارد که دو عدد از آنها در طرفین و در راستای رواقها و پنج دهانهی دیگر، در نمای اصلی واقع شدهاند. هم اکنون تعدادی از این ستونها تخریب شدهاند و فقط ۲۷ عدد باقی مانده است. ۱۸ عدد از ستونهای مسجد در شبستان اصلی و ستونهای دیگر، در اطراف حیاط قرار دارند.
تمامی ستونهای مسجد تاریخانه از آجرهایی به ابعاد ۳۴ × ۳۴ × ۷ سانتیمتر مکعب بنا شدهاند. علاوه برآن، محیط این آجرها حدود ۵ متر و قطر آنها به ۱.۶ متر میرسند. این آجرها به آجرهای ساخته شده در دورهی ساسانیان شباهت بسیاری دارند. با استناد به تصاویر باقی مانده از دورههای پیشین مسجد، گمان میرود هر کدام از ستونهای بنای مزبور یا حداقل ستونهای دهانهی میانی، دارای تزیینات گچبری بودهاند.
قطعات گچبری یافت شده در پشت دیوار شبستان، (در طی عملیات احداث کانال دفع رطوبت) بر این موضوع صحه میگذارد. این ستونهای گچبری شده، به ستونهای مسجد جامع نائین شباهت زیادی دارند. در ضلع غربی شبستان مسجد، درگاهی وجود دارد که به ورودیهای دوره ساسانی شباهت دارد. مطابق با آثار و شواهد موجود این درگاه، مسیر ورودی به شبستان زمستانی و مسقفِ مسجد بوده است.
با عبور از این درگاه، به شبستان اصلی مسجد مزبور وارد میشوید که در دهانهی میانی وسیع آن یک «محراب و منبر» مشاهده میشوند. البته، منبر این مسجد مدتها پیش در سال ۱۹۳۷ – ۱۹۳۶ میلادی از میان رفته است. منبر بنای مزبور که با خشتهای گلی و چوب ساخته شده بود به قرن هشتم و نهم میلادی تعلق داشت. این منبر، دارای وجه اشتراک زیادی با منبر ساخته شده در زمان قبطیان بود. در ایران باستان، خشتهای گلی به جای سنگ مورد استفاده قرار میگرفتند. بنابراین، شکل سه گوش و پلهدار منبر، همان شکل تغییر یافتهی منبر سنگی قبطیان محسوب میشد.محراب این بنا را حدود ۵۰ سانتیمتر پایینتر از کف بنا ساختهاند که «تاقنمایی عمیق با قوس مازهدار» به شکل مستطیل دارد. ارتفاع این محراب، حدود ۳۳۵ سانتیمتر و عرض دهانه آن ۱۴۲ سانتیمتر است.
محراب مزبور بر خلاف محرابهای سایر مساجد در قسمت مرکزی دیوار رو به قبله ساخته نشده است. علت این امر به وجود منبر در ضلع راست آن مربوط میشود. چنانچه محراب در مرکز دیوار واقع میشد، منبر باید در کنار جرز ستون قرار میگرفت. بدین ترتیب، واعظ مسجد به هنگام سخنرانی از دید بسیاری از شنوندگان مخفی میماند.