Masjid ini dibangun tahun 1618 dan memiliki arsitektur tradisional Jawa dengan atap bertingkat. Kayu konstruksi dan bentuk gonjo di masjid ini sama seperti di Masjid Menara Kudus dan Kajoran Klaten. Masjid Santren Bagelen dibangun sebagai hadiah dari Sultan Agung untuk loyalitas Kyai Baidlowi ke Mataram ketika melawan penjajah Belanda.
