Даже у нас, привыкших к огромным размерам современных технических сооружений, секстант Улугбека вызывает изумление (рис. 9). Дуга секстанта имеет радиус 40,2 м. В ее центре в верхней части здания был укреплен основной диоптр. По самой дуге секстанта на специальных бронзовых рельсах наблюдатель передвигал визирные инструменты, с помощью которых фиксировалось направление на небесное светило. При наблюдениях Солнца помещение секстанта полностью затемнялось, превращаясь, таким образом, в огромную камеру-обскуру. Луч Солнца, пройдя через основной диоптр, давал «зайчик» на специальном белом диске, перемещавшемся по дуге секстанта. По положению тележки с этим диском измерялась полуденная высота Солнца.

Дуга секстанта Улугбека, собственно, состоит из двух параллельных дуг, выложенных из жженого кирпича и облицованных сверху мрамором. Расстояние между ними составляет 51 см. Вдоль каждой из дуг врезаны пазы шириной 26 мм и глубиной 15 мм, в которых, видимо, укреплялись бронзовые рельсы. Расстояния между градусными делениями на дуге инструмента равны 70,2 см. Эти деления отмечены поперечными пазами, с помощью которых, вероятно, закреплялись тележки с подвижными визирами. По бокам дуг шла лестница для наблюдателя. До сих пор нельзя считать окончательно решенным вопрос, был ли инструмент Улугбека секстантом, или, как считал В. Л. Вяткин, квадрантом. До наших дней в нижней подземной части инструмента сохранились плитки с обозначениями от 80 до 58 градусов. В верхней же части дуги видны деления, соответствующие 19, 20 и 21 градусу. Возможно, что исполинский угломерный инструмент Улугбека был квадрантом, что вполне соответствует размерам и высоте здания обсерватории. Как показали измерения, выполненные в 1941 Году В. П. Щегловым, точность расположения по меридиану главного инструмента обсерватории Улугбека была очень высокой — ошибка по азимуту оказалась близкой всего к 10 минутам дуги!