مسجد جامع قاین (ذوالقبلتین) اولین اثر تاریخی به ثبت رسیده در خراسان جنوبی است که با گذشت بیش از یک هزار و 100 سال همچنان به عنوان بلندترین عمارت قاین و یک شاهکار اصیل ایرانی اسلامی محسوب می شود. این مسجد دو محراب دارد که یکی به سوی کعبه و دیگری به سوی بیت المقدس است.

مسجد جامع قائن، یکی از زیباترین، مرتفع‌ترین و محبوب‌ترین بناهای تاریخی در این شهرستان است که در کنار معماری زیبا و تزئینات خیره‌کننده‌ای که توسط هنرمندان ایرانی ایجاد شده است، به دلیل داشتن دو محراب با دو قبله‌، در بین گردشگران داخلی و خارجی، شهرت قابل توجهی یافته است.

البته در مورد قدمت مسجد و زمان دقیق احداث مسجد جامع قائن، اختلاف نظرهایی در بین محققان و باستان‌شناسان وجود دارد. اعتقاد برخی بر این است که این مسجد در ابتدا آتشکده‌ بوده است متعلق به دوران حکومت ساسانیان که بعدها روی آن، ساختمان مسجد بنا شده است. در این مورد می‌توان به نظرات ابن حوقل، اصطخری و ناصرخسرو اشاره کرد. «ابن حوقل»، در مورد این اثر ارزشمند کشور چنین می‌نویسد «قائن وسعت آن چند سرخس است و بناهای آن از گل و دارای قهندژ (کهندژ)، است که خندقی در پیرامون دارد و مسجد جامع و دارالاماره در قهندژ است»

به گفته‌ی اصطخری مسجد جامع قائن در «قهندژ» یا همان ارگ و در مجاورت «دارالاماره»، قرار داشته است. در صورتی که یک قرن بعد «ناصرخسرو قبادیانی» که در اواسط قرن پنجم هجری از این شهر دیدن کرده است، محل قرارگیری و ساخت این مسجد را در بخش اماکن عمومی شهر عنوان کرده است.

وی در مورد این مسجد چنین گفته است: «قائن شهری است بزرگ و حصین است گرد شهر خندقی دارد و مسجد آدینه به شهر اندر است و آنجا که مقصوره است تاقی عظیم و بزرگ چنان که در خراسان از آن بزرگ‌تر ندیدم و آن تاق نه در خود مسجد است و عمارت همه شهر به گنبد است»

اینکه این مسجد بارها و بارها براثر زلزله تخریب شده و صدمات بسیاری را متحمل شده است، امری است کاملا اثبات شده که در کتیبه‌هایی که در ایوان مسجد قرار دارد و قدمت آن به سال 796 هجری قمری است، به صراحت به آن اشاره شده است. در این کتیبه چنین آمده است «این بنا به فرمان جمشید قارن از خاندان معروف قارن که در دوره‌ی امیر تیمور جهانگشا حاکم قائن و مدتی حاکم سا ری و دامغان بود، تعمیر و مرمت شد.»

لوحه‌ای به خط رقاع در داخل رواق پنجم درضلع شمالی حیاط مسجد می‌باشد و تاریخ آن اول رجب سال 921 است. مضمون کلی آن مربوط به زمان فرمانروایی امیر سلطانی است که در (919–921) هجری از سوی شاه اسماعیل صفوی در قائن به این مقام منصوب شد. سنگ لوحی در سمت راست ورودی ایوان مسجد به ابعاد 120×50 سانتی‌متر و با خط بسیار زیبای رقاع که شاه سلیمان صفوی امر به بازسازی مسجد داد بتاریخ 1080 هجری قمری کرده‌است.

در کاوش‌های شبستان شمالی به سال 1354ستون‌های سنگی با درازا و پهنای یک متر در یک متر از سنگ و لاشه و ملات و ساروج کشف شده که پایه‌های کنونی بر روی آن‌ها بنا گردیده وجود یک ستون چهار قلو در شبستان مشابه ستون‌های مسجد جامع اصفهان قدمتی از دوره سلجوقی را نشان می‌دهد که احتمالاً در دوره تیموری تجدید بنا گردیده گمانه زنی در این محل به عمق 60 سانتی‌متر و کشف قطعاتی از آجر و سفال‌های سلجوقی نشان داد که مسجد در یک زلزله شدید خراب شده ‌است.

بسیاری معتقدند از قلعه کوه قائن تا دژ مرکزی شهر و مسجد جامع یک تونل زیر زمینی وجود داشته و مورد استفاده بوده است. احتمال دارد این معبر با مسیر کاریز جعفرآباد یکی باشد که در نزدیکی قلعه کوه معبرش مجزا می‌گردد. اگر کاوش‌های باستان‌شناسی انجام شود شاید بتوان بسیاری از شگفتی‌ها را شناسایی و معرفی کرد.

مسجد جامع دارای دو محراب است. گرچه این مسجد جزو قدیمی‌ترین مساجد ایرانی می‌باشد ولی محراب‌های آن ربطی به تغییر قبله از مسجد الاقصی به مکه ندارد احتمالاً یا ناشی از اختلاف اهل سنت و تشیع در محاسبات قبله یابی بوده یا محراب انتهایی ایوان یک نیایشگاه می‌باشد.

مسجد جامع قائن 2 هزار و 470 متر مربع وسعت داشته که یک‌هزار و 50 متر مربع آن زیر بنای ایوان، شبستان‌ها و حجره‌ها و 120 متر مربع عرصه داخلی است. حیاط مسجد محوطه‌ای به درازای 33 و پهنای 28 متر است. در اطراف حیاط حجره‌هایی به عمق 2 متر قرار دارد از شاهکارهای معماری مسجد ایوان آن است که به طرز با شکوهی به زیبایی مسجد گوهر شاد با ارتفاع 18 متر، عرض 11 متر و طول 22 متر ساخته شده‌است.

قبلاً دو مناره در دو سمت ایوان به ارتفاع پنج متر داشته که باعث زیبایی بیشتر مسجد می‌شد و تا قبل از ویرانی صدای مؤذن از آن بلند بود. سقف ایوان چهار طاق و سه گنبد دارد که به طرز زیبایی رنگ آمیزی و تزیین شده و معرق کاری‌هایش بسیار ظریف و زیباست نقاشی‌های ایوان به شیوه اصفهانی بوده و در دوره صفویان انجام شده و در زمان‌های بعد روی آن‌ها را رنگ زده‌اند. دو شبستان در دو سمت ایوان علاوه بر این که در فصل زمستان استفاده خوبی دارند برای جلوگیری از رانش دیوارهای اطراف ایوان تأثیر به سزایی دارند.

منبری چوبی و بزرگ با قدمتی برابر به سال 1082 هجری قمری در مسجد وجود دارد که بسیار نفیس و گرانبها است، این منبر از چوب چنار و به همت استاد «محمد واعظی کاخکی» با زیبایی و مهارت ستودنی و تحسین‌برانگیز ساخته شده است.

در این محراب کتیبه‌ای وجود دارد که به خط نسخ و به صورت منبت‌کاری روی آن چنین نوشته شده است:«عمل استاد مقیم بن استاد محمد ولی بن استاد حسن علی کاخکی فی شهور سنه اثنان و ثماتون بعد الاف»

حضور یک پایاب مسقف در بین صحن مسجد، از دیگر نکته‌های جالب در معماری و ساخت این اثر تاریخی و مذهبی است. به نظر می‌رسد که این پایاب به دلیل دسترسی به آب قنات جعفرآباد و به دستور «صفشکن خان» و در زمان حکومت شاه سلیمان صفوی ساخته شده است.

سازندگان پایاب را با 20 پله و در عمق پنج متر و 50 سانتی‌متری از سطح زمین احداث کرده‌اند. البته کتیبه‌ای در حجره‌ای که در کنار پایاب قرار گرفته، وجود دارد. در این کتیبه، متنی در مورد اطمینان دادن به مردم برای استفاده‌‌ی از آب پایاب هنگام گرفتن وضو حک شده است.

از دیگر قسمت‌های جالب مسجد، وجود یک ساعت آفتابی است که در میان صحن مسجد و به عنوان وسیله‌‌ای برای تعیین جهت ظهر شرعی قائن، ساخته شده است؛ سازنده‌ی این ساعت آفتابی، «استاد توحیدی»، است. همانگونه که پیش‌تر نیز بیان شد، مسجد دارای دو درب ورودی است که یکی از آن‌ها به سوی بازار قدیمی که در بخش شرقی قرار دارد باز می‌شود؛ دیگری نیز در جهت شمال و به سمت بازار فعلی گشوده می‌شود.

این اثر در تاریخ 29 آذر 1316 با شمارهٔ ثبت 295 به‌عنوان یکی از آثار ملی ایران به ثبت رسیده است.