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La grande mosquée de Toulouse est construite sur trois niveaux sur un terrain de 1 304 m². La superficie du bâtiment est de 2 111 m². Outre la salle principale, l'édifice est pourvue d’une mezzanine qui fait office de salle de prière pour les femmes.
La mosquée reprend de nombreux éléments de le l'architecture néo-mauresque. Le minaret de forme rectangulaire s'inspire des minarets almohades, les calligraphies intérieures de style koufique s'inspirent de l'architecture andalouse[2].
L’architecte de l'édifice est M. Christian Barthe.