টাঙ্গাইলের প্রত্নতত্ত্ব নিদর্শনের মধ্যে সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য হচ্ছে আতিয়া জামে মসজিদ।  টাঙ্গাইল শহর থেকে আট কিলোমিটার দূরে দেলদুয়ার উপজেলায় এর অবস্থান। সারা বছর প্রচুর দর্শনার্থীর আগমন ঘটে এখানে। ‘আতিয়া’ আরবি শব্দ ‘আতা’ থেকে উত্পত্তি, যার অর্থ হলো ‘দান’। পঞ্চদশ শতকে আদম শাহ বাবা কাশ্মীরী নামে বিখ্যাত এক সুফি ধর্মপ্রচারক এখানে আগমন করে বসবাস করতে থাকেন এবং ১৬১৩ খ্রিস্টাব্দে মৃত্যুবরণ করেন। এই সাধকের মাজার আতিয়াতেই অবস্থিত। তিনি বাংলার সুলতান আলাউদ্দিন হুসায়েন শাহ কর্তৃক আতিয়ার জায়গিরদার নিযুক্ত (১৫৯৮ সালে) হয়েছিলেন বলে জানা যায়। ওই সময় কররানী শাসক সোলাইমান কররানীর কাছ থেকে তার ধর্মীয় কাজ পরিচালনার ব্যয়ভার বহনের জন্য বিশাল একটি এলাকা বা মহাল ওয়াকফ হিসেবে পান। তাকে এ এলাকা দান করা হলে এ দান বা ‘আতা’ থেকে সম্ভবত এ পরগনার নাম ‘আতিয়া’ হয়েছে। শাহ বাবা কাশ্মীরী বৃদ্ধ বয়সে তার পরামর্শে প্রিয় ভক্ত সাঈদ খান পন্নীকে মোগল বাদশাহ জাহাঙ্গীর আতিয়া পরগনার শাসনকর্তা নিয়োগ করেন। এই সাঈদ খান পন্নীই করটিয়ার বিখ্যাত জমিদার পরিবারের প্রতিষ্ঠাতা। সাঈদ খান পন্নী ১৬০৮ সালে আতিয়া মসজিদ নির্মাণ করেন। এটি দেলদুয়ার উপজেলা তথা টাঙ্গাইল জেলার সবচেয়ে প্রাচীন মসজিদ। সুলতানি ও মোগল আমলের স্থাপত্য শিল্পরীতির সমন্বয়ে নির্মিত এ মসজিদের পরিকল্পনা ও নির্মাণকাজে নিযুক্ত ছিলেন প্রখ্যাত স্থপতি মুহাম্মদ খাঁ। এ মসজিদটি নির্মাণের পর ১৮৩৭ সালে রওশন খাতুন চৌধুরানী ও ১৯০৯ সালে আবুল আহমেদ খান গজনবী সংস্কার করেন।

মসজিদটির কিবলাকোটা ও বারান্দাসহ সার্বিক পরিমাণ ১৭.৭০ মি. ১২ মিটার। মসজিদের দেয়াল ২.২২ মিটার প্রশস্ত। বারান্দা ৩.৮২ ৭.৫ মিটার। সুলতানি ও মোগল আমলের স্থাপত্যরীতির সুষম সমন্বয় এ মসজিদে দেখা যায় চার কোণে চারটি বিরাট অষ্টকোণাকৃতির মিনার রয়েছে। মিনারগুলো ছাদের অনেক উপরে ওঠে ছোট গম্বুজে শেষ হয়েছে। বাংলার স্থাপত্যসমূহ মূলত ইটের তৈরি, কারণ পাথর এখানে সহজলভ্য নয়। তাই বাংলার স্থাপত্য এবং তার অলংকরণ সবই বিকশিত হয়েছে ইটের মাধ্যমেই। আতিয়া মসজিদও এর ব্যতিক্রম কিছু নয়। তবে এ মসজিদে সুলতানি স্থাপত্যিক বৈশিষ্ট্যে যেমন বক্রাকার কার্নিশে, দ্বিকেন্দ্রিক সুচালো খিলান, গম্বুজ নির্মাণে বাংলা পান্দান্তিভ ব্যবহার এবং উল্লেখযোগ্যভাবে পোড়ামাটির টেরাকোটা নকশালঙ্কারে। আতিয়া মসজিদের গম্বুজের নির্মাণশৈলীতে দেখা যায় কিবলা কক্ষের ওপর বড় গম্বুজটি খিলানভিত্তিক নির্মাণ পদ্ধতিতে (স্কুইঞ্জ পদ্ধতি) এবং বারান্দার ওপর ছোট তিনটি গম্বুজ ‘বাংলা পান্দান্তিভ’ পদ্ধতিতে নির্মিত। পরবর্তীতে সংস্কারের সময় গম্বুজগুলো পলেস্তরা দিয়ে সমান করে দেওয়া হয়েছে; কিন্তু মসজিদ নির্মাণের সময় এমন ছিল না। আদিতে গম্বুজগুলো পলকাটা বা ঢেউতোলা ছিল। মসজিদের উত্তর-পূর্ব কোণে সুড়ঙ্গপথ সংবলিত ভূগর্ভস্থ কবর নিয়ে নানা মতান্তর রয়েছে।