Здание мечети Кул Шариф в плане представляет собой 2 пересеченных под углом 45° квадрата в виде известного в мусульманском мире знака, означающего «благословение Аллаха». Стены представляют собой восемь пересекающихся стрельчатых арок, обрамленных высеченными в мраморе аятами из Корана и орнаментальными косичками. В образовавшиеся участки стен вписаны высокие стрельчатые окна, заполненные цветными витражами. Образующееся восьмилучевое пространство покрыто восьмилотковой кровлей. пространство центрального объема по центру перекрыто куполом с вершиной на высоте 36 м. Купол прорезан окнами в форме тюльпанов. Ассоциативно он связан с Казанской Шапкой. Входная группа двухэтажным полуцилиндром примыкает к основному объему с двумя псевдоминаретами, акцентирующими вход. Второй этаж нависает над входом, опираясь на круглые колонны. По углам основного объема расположены четыре основных минарета высотой 55 м. Мечеть имеет также 2 малых минарета и еще 2 на углах главного входного портала. Общее число полумесяцев составляет 8 — по числу минаретов исторической мечети Кул Шариф, существовавшей, согласно описаниям, в XVI веке на территории Ханского Кремля.