بانی اولیه مسجد عمرولیث صفاری است. در منابع آمده که آبش خاتون، آخرین حکمران سلسله سغرلیان (اتابکان فارس)، مسجد را بازسازی و سلطان ابراهیم میرزا، فرزند شاهرخ تیموری، آن را مرمت کرده است. بنیان این مسجد پس از مدتی، بر اثر زلزله و سوانح دیگر آسیب دید و دستخوش تغییر و تبدیل بسیار گردید. به عقیده دونالد ویلبر، مسجد در جهات شرقی و غربی وسیع تر از اندازه فعلی بوده و بناهای وابسته ای، از جمله مدرسه و کاروان سرا و قرائت خانه و مریض خانه، داشته است.
کتیبه های فعلی مسجد از تعمیر و تجدید ساختمان مسجد در دوره صفویان، خصوصا زمان شاه عباس اول، حکایت دارند؛ اما تعمیرات دوره های بعد باعث شده که بازسازی های عهد صفویان چندان به چشم نیاید. دونالد ویلبر معتقد است که وضع ساختمانی ایوان شرقی نشان می دهد که این ایوان در میانه ساختمانی قدیمی تر جای گرفته است. شبستان ها و دیگر قسمت های مسجد ساختمان سنگی داشته اند که بر اثر زلزله ویران شده و پس از آن، با ستون ها و طاق های آجری بر بقایای سنگی آن ها بازسازی شده اند. همچنین به نظر می رسد که ردیف ستون های لبه حیاط، در ضلع شمالی صحن، در دوره ای متاخرتر به شبستان های این جبهه افزوده شده باشد.
ساختمان مسجد به مروز زمان به شدت آسیب دیده بود و به نوشته مولف راهنمای آثار تاریخی شیراز، شبستان های جنوبی مخروبه و مملو از خاک شده بود. در سال 1321 شمسی، تعمیراتی در مسجد شروع و قسمت های زیادی از این بنا بازسازی شد؛ ولی متاسفانه در این تعمیرات، قسمت هایی از بنا کاملا از بین رفت و بناهای نوساز جای آنها را گرفت؛ مثلا امروزه شبستان های شمال شرقی و جنوب غربی سازه فلزی دارد. عمارت بیت المصحف یا خدای خانه در میانه صحن نیز آسیب فراوان دیده بود. به همین علت بسیاری از قرآن های آن، که نگارش بعضی از آن ها به ائمه و صحابه پیامبر اسلام(ص) نسبت داده می شد، به دروازه الله اکبر و سپس در سال 1326 شمسی به موزه شیراز منتقل شد.
در سال 1314 شمسی، عمارت بیت المصحف را استاد عزیز صرافت، معمار شیرازی، تعمیر و تجدید بنا کرد. کتیبه پیشانی این عمارت در نوع خود بی نظیر و به صورت معرق از سنگ و کاشی ساخته شده است. قسمت های مختلف این کتیبه به کوشش محمد جعفر واجد تنظیم و تکمیل شد. در ضمن یک محراب سنگی با نقوش کاشی از این مسجد به موزه شیراز منتقل شده است. امروزه تعیین جای این محراب در بنای مسجد ممکن نیست. (منابع و مراجع: الف-1)
باورهای مردم:
۱. مردم شیراز بر این باور هستند که در زیر خدای خانه اژدهای خفته (عصای موسی) وجود داشته است. (عام)
۲. بر این باور هستند که قبله قبل از تغییر به این سمت بوده و به این مسجد مسجدالاقصی نیز می‌گویند. (خاص)
۳. این مسجد تغییر کاربری داده شده و ابتدا آتشخانه بوده است. (خاص)
۴. عیسی در این مسجد به همراه میکائیل و اسرافیل نزول کرده است. (خاص)
کاوش‌های باستان شناسی نشان می دهد که بنای این مسجد بر روی عبادتگاه قدیمی قرار گرفته است؛ اما به علت محدودیت در کاوش ها، مشخص نیست که این عبادتگاه دقیقا متعلق به کدام دوره است؛ اما این واضح است که طرح مسجد جامع عتیق از الگویی ماقبل خود بهره برده است. گفتنی است در سمت جنوب این مسجد دیواری قرار گرفته که به دیوار ندبه مشهور است؛ برای تمایز این دیوار با سایر دیوارها علامت تک پیک یا سرو به صورت کاشی کاری آبی رنگی مشخص شده است. گفته می شود این دیوار محلی بوده که براق در هنگام عروج پیامبر از این محل حرکت کرده است. (منابع و مراجع: الف-5)