תפילת מוסף של שבת נחשבת לאחת התפילות המיוחדות והמרוממות ביותר ביום השבת. מדובר בתפילה עתיקה, בעלת נוסח ייחודי ומסורת מוזיקלית שהשתמרה בקהילות רבות, והיא מהווה עבור רבים אחד משיאיה הרוחניים של השבת.
במרכזה של תפילת מוסף עומד הזיכרון לקרבן המוסף שהוקרב בשבת בבית המקדש. התפילה נאמרת כנגד אותו קרבן, ובכך מחברת בין עבודת התפילה של ימינו לבין עבודת המקדש.
מוסף של שבת נאמר כחלק מתפילת הבוקר, לאחר תפילת שחרית, קריאת התורה וההפטרה. במרכזו נמצאת תפילת העמידה, ולאחריה נוספו קטעים שונים, בהם 'אין כאלהינו', 'פיטום הקטורת', 'מזמור שיר ליום השבת' בחלק מן הנוסחים, 'עלינו לשבח', וכן הפיוטים 'אנעים זמירות' ו'יגדל'. עם זאת, מקובל לראות את פתיחת התפילה כבר בשלב מסוים של הכנסת ספר התורה או באמירת 'אשרי'.
תפילת העמידה של מוסף עוסקת בשבח לאל, בדומה לשאר תפילות העמידה של שבת, אך מוסיפה את עניינו המיוחד של היום: קרבן המוסף שהוקרב בשבתות בבית המקדש, בזמן המקביל לאמירת התפילה.
מדובר באחד החלקים הקדומים שמבדילים בין תפילות השבת לבין תפילות ימות החול. נוסח העמידה, המבנה שלה ומסורת האמירה משתנים בין עדות וקהילות, ובחלק מהמסורות קיימת נעימה מיוחדת לתפילות השבת.
גם נוסח הקדושה בתפילת מוסף של שבת שונה מהנוסח הנאמר בשחרית. בחלק מן הקהילות הוא מושר בלחן מיוחד או נאמר בנעימה השבתית המסורתית. במוסף נאמר "כתר יתנו לך" במקום "נקדישך ונעריצך", ובנוסח אשכנז אומרים "נעריצך ונקדישך" במקום "נקדש את שמך". עבור מתפללים רבים, זהו אחד הרגעים החשובים והמרגשים ביותר בתפילה.
הברכה הרביעית בתפילת מוסף, ברכת קדושת היום, היא ברכה ארוכה המורכבת מכמה חלקים. היא נפתחת בקטע הפיוטי "תכנת שבת", המסודר באקרוסטיכון א"ב הפוך, תשר"ק, ומתאר את השבת בבית המקדש ואת קרבן המוסף שהוקרב בה.
לאחר מכן ממשיכה הברכה בתפילה על החזרה לארץ ישראל ולעבודת הקרבנות, בנוסח "יהי רצון [...] שתעלנו בשמחה לארצנו", ולאחריה נאמרים הפסוקים המתארים את קרבנות השבת, "וביום השבת". מבנה תפילת מוסף של שבת הוא תפילת שבע: שלוש הברכות הראשונות הקבועות של שבח, שלוש הברכות האחרונות הקבועות של הודאה, וביניהן ברכה אמצעית של "מעין המאורע", המזכירה את קדושת השבת. באותה ברכה נאמרים גם פסוקי התורה העוסקים בקרבן מוסף של שבת, לצד תפילה לבניין בית המקדש ולהשבת העבודה בו.
כאשר ראש חודש חל בשבת, נוסח הברכה משתנה. במקרה כזה נאמרת ברכה הפותחת במילים "אַתָּה יָצַרְתָּ עוֹלָמְךָ מִקֶּדֶם כִּלִּיתָ מְלַאכְתְּךָ בַּיּום הַשְּׁבִיעִי", וחותמת ב"בָּרוּךְ אַתָּה ד' מְקַדֵּשׁ הַשַּׁבָּת וְיִשְׂרָאֵל וְרָאשֵׁי חֳדָשִׁים".