સૂર્ય મંદિર ઈ.સ. 1026- 27 માં પાટણના મહારાજા ભીમદેવ પહેલાના રાજ્યકાળ દરમિયાન બાંધવામાં આવ્યું હતું. મોઢેરાનું આ સૂર્ય મંદિર ભગવાન સૂર્યને સમર્પિત કરવામાં આવ્યું છે. મંદિરની દિવાલો અને થાંબલા પરના ચિત્રોમાં રામાયણ અને મહાભારતની ઘટના પ્રસંગોનું નિરૂપણ કરવામાં આવ્યું છે.
વર્તમાન સમયમાં આ મંદિર ખંડેર સ્થિતિમાં છે, પણ તેની ભવ્યતા જળવાઇ રહેલી છે. આ મંદિર ગુજરાતની સ્થાપત્ય કળાનું શ્રેષ્ઠ ઉદાહરણ પૂરૂં પાડે છે. આ મંદિરને મહમૂદ ગજનવીએ ખંડિત કર્યું હતુ. સુર્યમંદિરના આ ક્ષેત્રમાં સંગ્રહાલય, ઉધાન અને ગ્રંથાલય છે. સુર્યમંદિરની બાજુમાં એક વિશાલ રામકુંડ છે.
મહેસાણાથી 20 કિલોમીટર દૂર આવેલું મોઢેરાનું આ સુર્યમંદિર ભારત ભરમાં વિખ્યાત છે. આ સુર્યમંદિર કોણાર્કના સુર્યમંદિર સાથે વિશિષ્ટ સંબંધ ધરાવે છે. મંદિરમાં જવા માટે ઘણાં પગથિયાં છે. ગર્ભગૃહની અને મંદિરની ભીંતો વચ્ચે પ્રદક્ષિણા-માર્ગ છે. મંદિરની બહારની દીવાલ પર અદભુત શિલ્પકૃતિઓ કંડારાયેલી છે.
સભામંડપ મોઢેરાના મંદિરનો સૌથી સુંદર અને કલામંડિત ભાગ છે. મંદિરમાં ભગવાન સૂર્યની મૂળ પ્રતિમા નથી. પણ અન્ય જગ્યાઓ પર સુર્યની પ્રતિમાઓ કંડારાયેલી છે. સુર્યમંદિરનું બાંધકામ એવી રીતે કરવામાં આવ્યું છે કે સુર્યોદયના સમયે સુર્યનાં કિરણો સીધા ગર્ભગૃહમાં પડે છે.
સુર્યમંદિરનાં પ્રાંગણમાં પ્રતિવર્ષ ત્રણ દિવસનો નૃત્ય અને સંગીતનો મહોત્સવ યોજવામાં આવે છે. મોઢેરાના આ સૂર્યમંદિરે તેના સ્થાપત્ય દ્વારા સમગ્ર ભારતમાં ગુજરાતને ગૌરવવંતુ સ્થાન આપાવ્યું છે.