Pendirian masjid ini diprakarsai Pangeran Tunggal setelah naik tahta menggantikan Pangeran Agung (Sultan Sintang ke-17). Pada masa pemerintahannya, Islam berkembang sangat pesat. Pendirian tempat ibadah pun semakin mendesak. Masjid inilah yang menjadi cikal bakal Masjid Jami Sultan Nata Sintang.
Pembangunan masjid ini tidak terlepas dari penyebaran agama Islam yang terjadi di Kota Sintang. Sejak masa pemerintahan Pengeran Agung, agama Islam telah dianut oleh raja dan kerabat Kerajaan Sintang yang menggantikan agama sebelumnya, agama Hindu.
Masjid Sultan Nata menggunakan arsitektur rumah panggung khas pesisir sungai. Konstruksi bangunan masjid seluruhnya terbuat dari kayu. Pondasi, rangka bangunan, balok gelegar, penutup atap, dan papan lantai terbuat dari kayu belian.
Masjid Sultan Nata sebetulnya telah mengalami beberapa kali renovasi, namun delapan tiang penyangga yang terbuat dari kayu belian tetap dipertahankan sesuai aslinya hingga saat ini. Tiang berupa kayu silinder setinggi lebih dari 10 meter tersebut tetap berdiri kokoh meski usianya telah melampaui tiga abad.
Bangunan masjid ini memiliki tiga susun atap. Atap pertama dan kedua berbentuk limas, sedangkan atap ketiga berbentuk kerucut bersegi delapan. Bentuk atap kerucut ini juga dipakai pada atap dua menara kembar yang berada di samping masjid. Tiap bagian di dalam masjid dibalut dengan cat warna putih dengan sedikit garis-garis hijau di beberapa bagian, seperti pada jendela, dasar tiang, serta dinding.
