876-879 ließ der im Namen der Abbasiden Dynastie herrschende Statthalter Ägyptens, Ahmad ibn Tulun, die nach ihm benannte Moschee errichten. Diese ist somit die zweitälteste Moschee Kairos, bezogen auf ihre Grundfläche ist sie die Größte der Stadt. Als Bauort wählte der Architekt Saiid Ibn Kateb Al-Farghany den Gebel Jaschkur, ein rund 20m hohes Felsplateau. Der Stil des Bauwerks ist geprägt von abbasidischen Einflüssen, wie sie aus der Residenzstadt Bagdad oder auch Samarra bekannt waren. Als Baumaterialien dienten in der frühesten Form Backstein, Holz und Stuck. Als Förderer der Moschee gilt Sultan Husan al-Din Lagin, der das Bauwerk im 13. Jh. instand setzen ließ, von ihm stammen unter anderem das noch heute erhaltene Brunnenhaus, die Gestaltung der Hauptgebetsnische sowie die Gebetskanzel.
Die Ibn-Tulun-Moschee weist einen schlichten, rechteckigen Grundriss auf, der zentrale, offene Hof mit Brunnenhaus (sabil) wird allseitig von Arkaden-Gängen eingefasst. Dreiseitig wird dieser Komplex von schmalen Außenhöfen umschlossen. Das einzige Minarett befindet sich im nordwestlichen dieser Höfe.
Der gepflasterte Innenhof wird vom Brunnenhaus, wo die Gläubigen die rituellen Waschungen vor Gebeten verrichten, dominiert. Sein Grundriss ist rechteckig und bietet mehrseitig bogenförmige Zugänge, den oberen Abschluss bietet eine Kuppel. Der rund 90x90m weite Innenhof wird von Arkaden begrenzt, deren Fassaden durch Spitzbögen und Fenster gegliedert sind, als Schmuck dienen rosettenförmige Ornamente.
Die Arkaden sind an drei Seiten des Hofes zweischiffig gestaltet, wobei Pfeiler die Überdachung stützen. Auf der Gebäudeseite, wo sich die Hauptgebetsnische befindet, die in Richtung Mekka weist, sind die Arkaden fünfschiffig. Besagte Nische (mihrab) ist die größte und auffälligste der insgesamt sechs Gebetsnischen der Ibn-Tulun-Moschee. Sie ist von dunklen Marmorsäulen gesäumt. In goldenes Glasmosaik ist das islamische Glaubensbekenntnis eingeschrieben, darunter befindet sich ein Muster aus rotem, schwarzem und weißem Marmor.
Direkt neben der Hauptnische steht das minbar, die Gebetskanzel, welche hier vollständig in Holz ausgeführt ist, das überreich mit Ornamenten verziert wurde.
Auffälliges Merkmal der Ibn-Tulun-Moschee ist ihr Minarett. Es weist eine rechteckige Basis auf, von der sich der Gebetsturm 40m in die Höhe erhebt, außen führt eine gewundene Treppe spiralförmig um den Turm. Diese ungewöhnliche Spiralform hat ihre Vorbilder in den Minaretten von Samarra, im heutigen Irak. Von der Aussichtplattform bietet sich ein herrlicher Blick über Kairo, auf dem Weg dorthin können zudem die Arkadendächer betreten werden.
An der Außenseite der Moschee standen ursprünglich zahlreiche Gebäude, die 1928 mehrheitlich abgetragen wurden. Eine Ausnahme bilden zwei Wohnhäuser, in denen das sehenswerte Gayer-Anderson Museum untergebracht ist. Der namengebende britische General war als Kunstsammler bekannt und ließ die Gebäude als traditionell eingerichtete arabische Wohnstätten einrichten.
Die Ibn-Tulun-Moschee ist auf einer Seite des ägyptischen 5-Pfund-Geldscheins abgebildet.
