این بنا به یادبود بی‌بی‌خانم یا همان سرای ملک خانم همسر تیمور گورکانی و به دستور تیمور در حدود ۶۰۰ سال پیش ساخته شده‌است. مسجد بی‌بی‌خانم یا بی‌بی‌خاتون که در شرق میدان ریگستان قرار دارد، در زمان خودش، از بزرگ‌ترین مساجد جهان بوده‌است.
تیمور بعد از لشکرکشی به هندوستان تصمیم گرفت تا مسجدی به یاد همسر خود در سمرقند بنا کند. در ورودی اصلی این بنا با ۳۵ متر ارتفاع یکی از جذاب‌ترین چیزهایی است که در سفر به ازبکستان خواهید دید. قرآن بزرگ  از جنس مرمر در دل این مسجد قرار دارد و جلوه زیبایی به آن داده‌است.
مسجد در ۵ سال به دست معماران زبردست ایرانی و هندی ساخته شد. اما تیمور از پیشرفت ساخت مسجد راضی نبود و بعد از اتمام بنا به سرعت تغییرات مختلفی به خصوص در گنبد اصلی ایجاد کرد. ارتفاع این گنبد به ۴۰ متر می‌رسد. مسجد بی‌بی‌خانم هرساله گردشگران زیادی به میدان ریگستان می‌کشاند و از جاذبه‌های چشم‌نواز این شهر قدیمی است.