建至今共经历了三次重修，分别是明朝万历年间，清朝干隆年间和清朝光绪年间。1739年，同心清真大寺毁于地震，后来回族教众于1791年又在原址上重新修建了清真大寺，并垒起了高达7米的建筑基座。大寺在此次重修时基本确定了建筑规模和造型。第三次重修是因为清朝同治年间，马化龙领导的回民起义被镇压之后，该寺即被拆毁。直到光绪年间（1907年），西吉沙沟道堂教长马元章带头捐资，号召同心城的教徒们捐款重修。1936年中国工农红军西征时，曾以大寺为会场召开各界代表大会，并且在这里成立了陕甘宁省豫海县回民自治政府。