Кафедральная мечеть стада одним из его величайших проектов, огромным высоким зданием, которое входило в число самых колоссальных памятников, построенных в мусульманском мире. Это была дань его многочисленным победам. Строительство началось в 1399 году, когда Тимур вернулся в столицу, ободренный молниеносным захватом Дели. Если верить Клавихо, это была «наиболее благородная из мечетей, которые мы посетили в Самарканде». Вероятно, в последние годы жизни император все чаще задумывался о том, что и он смертен, и решил начать строить во имя Аллаха, оставив бренные мирские проекты, которые он раньше предпочитал.
Хильда Хукхэм предположила, что, скорее всего, на строительство мечети Тимура подтолкнуло то, что он увидел в Фирузабаде в Индии. Хотя вполне вероятно, что это был
Клавихо говорит, что кафедральная мечеть была построена в память о матери старшей жены Тимура Сарай Мульк-ханум. Другие утверждают, что она была построена в честь самой жены, так как ее прозвище было Биби-ханум. Впрочем, летописи умалчивают о таких деталях, но, какими бы ни были причины, при строительстве этого здания Тимур дал волю своим ужасным инстинктам. За работы отвечали два амира: ходжа Махмуд Дауд и Мухаммед Джалад. Они посылали Тимуру ежедневные отчеты. В их распоряжении была огромная армия высококвалифицированных рабочих, куда каждый человек отбирался за свои способности. Резчики из Басры и Багдада работали рядом с каменщиками из Азербайджана, Фарса и Индии, стекольщиками из Дамаска и механиками из Самарканда. Самой крупной неожиданностью для местных зевак стали 95 слонов, которые таскали мраморные блоки, доставленные из Азербайджана, Персии и Индии. Животные, которых Тимур использовал только на поле боя, впервые показались в Самарканде.
В 1404 году, когда мечеть уже была почти достроена, рабочие были удивлены внезапным прибытием Тимура, только что вернувшегося из победоносного Пятилетнего похода. На императора произвел столь неприятное впечатление входной портал, что он немедленно приказал его снести и заложить новый фундамент. Клавихо сообщает, что портал был слишком низок, Арабшах говорит, что его просто затмил фасад строящегося прямо напротив медресе Сарай Мульк-ханум. Какова бы ни была причина, но Тимур пришел в бешенство. Два амира, надзиравшие за строительством, были приговорены к смерти. Для Мухаммеда Джалада, как рассказывает Арабшах, Тимур приберег исключительно мучительный способ казни.