مسجد شاه که در دهه‌های اخیر به «مسجد هفتاد و دو تن» تغییر نام داده یکی از بنا‌های زیبا و شاهکار معماری عصر تیموریان در شهر مشهد است
درون بنا نیز علاوه بر دو سردابۀ تدفینی، دهلیزهایی در اطراف گنبدخانه و اطاق‌هایی در جنوب، شرق و غرب احداث شده و آن را بیشتر در هیئت یک بنای آرامگاهی جلوه داده تا یک مسجد.
به استناد کتیبۀ ثلث باقی مانده بر گرد ایوان ورودی، تاریخ احداث یا مرمت بنا سال۸۵۵ه.ق و معمار آن «شمس‌الدین محمد بنا تبریزی» است. بر دو سوی آن کتیبه حاشیه‌های کم‌عرض‌تر و قاب‌بندی شده تعبیه شده که در آن‌ها اشعاری از «قاسم انوار»، «سعدی» و «حافظ» نقش بسته است.
گنبد پیازی دو پوشه‌ای مسجد شاه، مزین به کاشی فیروزه‌ای و نقش‌های محرابی سیاهرنگ متوالی، در بالای پاکار بوده که در مرمت‌های اخیر تزئینات آن دگرگون و به صورت خطوط و نقش‌های هندسی به رنگ‌های سفید، سیاه و زرد در میان دو نوار افقی باقی مانده است.
ساقه گنبد نیز، مزین به نقوش تزیینی و کتیبه ثلث بوده که بقایای تثبیت شده آن‌ها موجود است.
فضای مرکزی گنبدخانه، به صورت چهارطاقی در ابعاد ۵×۵ متر است، نمای داخلی گنبد خانه به جز پوشش سنگ قرنیز پائین، با کاشی معرق و کاشی‌های سبز زمردی شش‌ضلعی یک رنگ و کاشی‌های زرین فام با کتیبه‌های نامرئی کم‌نظیر زینت یافته است.
در ارتفاع ۱/۲۵ متر کتیبه‌ای به عرض ۲۴ سانتیمتر نمای داخلی چهارطاقی را دور زده است، این کتیبه معرق نفیس به خط ثلث، شامل ۱۶ بیت از مناجات‌های حضرت علی(ع) است. بالای طاق درگاهی‌ها و طاق‌نماها لچکی‌های مزین به نقوش اسلیمی با کاشی معرق اجرا شده و فیلگوش‌های گچی نیز ضمن آرایش بنا، زمینه استقرار گنبد را بر فراز قاعده مربع فراهم کرده‌اند. تزیینات گچی بدنه و فیلگوش‌ها اعم از قاب‌ها و مقرنس‌ها و فضای زیر گنبد به نقوش اسلیمی و ختایی برجسته مزین بوده که آثار آن باقی مانده است.
در خاکبرداری کف و مرمت بنا به سال ۱۳۲۷هجری خورشیدی در زیر گنبدِ اطاق شمالی یک سازه معماری کوچک ظاهر شده که با پلکانی به پایین ادامه داشته و از طریق یک هشتی به سرداب مربعی در ابعاد۶/۳۶×۶/۳۶ متر در زیر گنبدخانه منتهی می‌شده است. در کف آن سردابه سه صورت قبر مشاهده شده، سردابۀ دیگری نیز در جبهۀ جنوبی بنا مشاهده شد که راهرو آن از گوشه جنوب‌شرقی بنا به درون راه می‌یافته و در میانۀ آن یک صورت قبر وجود داشته است.
در ارتباط با کاربری بنا اظهار نظرهای متفاوتی شده است. برخی آن را به اعتبار نام بردن از «امیر غیاث‌الدین ملک شاه» در کتیبه روی پایه سمت چپ ایوان، آرامگاه غیاث‌الدین ملک شاه یکی از سرداران تیموری می‌دانند و معتقدند که امیر غیاث‌الدین ملک شاه طی سال‌های ۸۰۷تا۸۱۷ هجری قمری آن را برای آرامگاه خود ساخته است، اما «برنارد اوکین» به استناد دو کتیبه به تاریخ ۱۱۵۵ و ۱۱۱۹ بر روی پیشانی ایوان آن را بنایی دو منظوره یا «مسجد تدفینی» دانسته و گنبدخانه مرکزی را بنایی یادبود به منزلۀ مزار یا آرامگاه فرض کرده و اطاق‌های جانبی را نماز خانۀ خصوصی پنداشته است.
با توجه به فرضیات اوکین و شواهد باستان‌شناسی می‌توان احتمال داد که اساس آن مقبره متعلق به پیش از مرگ ملکشاه (متوفی به سال۸۲۹ه.ق) بوده که بعدها جسد او نیز در آن به خاک سپرده شده و در سال ۸۵۵ه.ق مرمت و ساماندهی شده است.
ساختار، محتوای کتیبه‌ها، تزیینات بنا و وجود سردابه‌ها این فرضیه را قوت می‌بخشد که مسجد شاه ابتدا به عنوان یک بنای آرامگاهی ساخته شده و در اواخر دوران صفوی به مسجد تغییر کاربری داده است. و به اعتبار نام ملک شاه در کتیبۀ نمای پایه ایوان به «مسجد شاه» معروف شده است.
مسجد شاه بعد از طی فراز و فرود‌ها و کاربری‌های گوناگون در سال‌های اخیر به همت آستان قدس رضوی و نظارت و همکاری کارشناسان و هنرمندان اداره‌کل میراث‌فرهنگی، گردشگری و صنایع‌دستی خراسان رضوی، پاک‌سازی، مرمت و ساماندهی شده و به عنوان یکی از جاذبه‌های گردشگری مشهد
این بنا در ۱۸تیر ماه ۱۳۱۱به شماره ۱۸۶ در فهرست آثار تاریخی به ثبت رسیده است.