Когда мечеть была достроена, в ней было 19 аркад (нефов), идущих с востока на запад (сохранившиеся до настоящего времени), 30 — с севера на юг, 21 ворота и 1293 колонны внутри, из которых сохранилось немногим более 800. На месте мечети в римские времена был храм Януса, поэтому в ней оказались и римские колонны. 114 колонн были присланы императором Львом из Византии в VIII веке. Колонны были выполнены из различных материалов и имели разную высоту, поэтому некоторые пришлось частично «утопить» в пол, а для других, наоборот, делать базы. Однако несхожесть отдельных колонн почти не бросается в глаза, так как их количество создает впечатление повторения множества тождественных элементов. Возникает ритмический строй, создающий основной эффект пространственного решения мечети.
В архитектуре мечети продолжены и развиты типы мусульманских колонных мечетей и древних восточных построек, к которым прибавились еще и традиции византийских базилик. Однако в целом мечеть не имеет аналогий и заключает в себе неповторимую величественную красоту пространственного решения. В ней достигнут синтез архитектурных форм, мозаики и декоративного искусства.
Потолок мечети был выполнен из различных пород дерева, среди которых особой славой пользовалась сосна из Тортосы. «Это дерево красное, со светлой корой, твердое, гниет не скоро, и его не точат жуки, как другие деревья», — так сообщали арабские источники о достоинствах сосны [11]. Мечеть несколько раз расширялась и достраивалась. Абдерахман I построил вначале лишь одиннадцать нефов, но при нем уже существовал Апельсиновый двор. Многие исследователи сравнивают внутреннее пространство мечети с пальмовым лесом, и это сравнение невольно вызывает в памяти стихотворение эмира, посвященное его любимой пальме, самому дорогому для него дереву, хотя вряд ли форма зала была задумана только из желания доставить удовольствие эмиру созерцанием целого пальмового леса. Эпоха расцвета Кордовы привела к новому строительству и расширению мечети.
В 848 году при Абдерахмане II были добавлены семь поперечных нефов. Сам правитель был любителем литературы и музыки, изучал старинные книги по философии, увлекался астрономией. В то же время он внимательно следил за строительством не только мечети, но и города; при нем реконструировали Алькасар. В годы его правления в Кордову приехал из Багдада знаменитый иранский певец Зириаб (789–857), который стал пользоваться безграничным доверием эмира. Зириаб справедливо считается одним из основателей андалусской школы музыки. Певец создал в Кордове консерваторию. Он открыл также в городе институт красоты и ввел календарь мод. Влияние Зириаба на кордовское общество было значительным во всех областях. Блестящий расцвет культуры, начавшийся при Зириабе, продолжался и в следующем столетии.
Университет Кордовы пользовался в это время всемирной известностью, в нем училось около 10 тысяч студентов, приезжавших также из других стран, чтобы изучать философию и светские науки. Студенты много времени проводили под колоннами Кордовской мечети, которая была не только религиозным центром. В ней устраивались политические собрания, читались указы халифа, проводились учебные занятия. Мечеть была связана крытым переходом с Алькасаром, чтобы правитель Кордовы мог в нее попасть беспрепятственно в любое время. Большую роль в жизни халифата играли судьи — кади. Главным был судья Кордовской мечети, которому подчинялись все судьи провинций.
Первый кордовский халиф Абдерахман III в 951 году построил новый минарет, который арабские историки считали прототипом знаменитой Хиральды в Севилье. Второе значительное расширение мечети было проведено Хакемом II (961–976). При нем были построены четырнадцать нефов, новый михраб (молитвенная ниша), максура (место для халифа), капелла Вильявисьоза. Халиф выписал из Византии искусных мастеров-мозаичистов, которых ему прислал император Константин специально для украшения михраба. Внутри мечети находился трон Хакема II, сделанный из самшита, эбена и сандалового дерева. Над созданием трона, по сообщению арабских историков, работали шесть выдающихся мастеров со своими помощниками в течение семи лет. В мечети хранился также знаменитый Коран, столь тяжелый, что его могли поднять лишь два человека. Коран был обернут расшитым покрывалом. Каждую пятницу утром его выносили из мечети для богослужения. Хакем II велел построить у западной стены мечети «комнату милостыни», где нуждавшиеся путешественники и странники получали подаяние. Стены комнаты были покрыты тончайшим орнаментом.