1872年到1880年間，馬偕以露天教育方式，於路邊榕樹下、溪邊、海邊傳教，因感於創校之重要，便於光緒六年1880）返回加拿大渡假之際，於故鄉牛津郡募款美金6215元。馬偕博士返台後，擇定在淡水炮台 埔紅毛城東北邊興建此書院並由泥匠洪泉施做。「洪泉」或「洪泉司」，為淡水甚出名的泥水 匠，一般稱為「泉仔師」，其徒弟後來都是北部洋式建築的師傅。他由廈門購入磚瓦，親自繪圖設計並監工，此校於1882年落成，馬偕為了紀念故鄉人 的支援，乃以故鄉郡名來命名以示飲水思源之意。

牛津學堂事極有趣味的中西合壁建築，馬偕模仿四合院農宅而建，並以糯米、烏糖、石灰與砂相拌代替水泥建材使用清水磚與閩南瓦，皆由廈門運入，其中小紅磚外面刷以油漆，以防風雨，且其尺寸比本地稍扁而且長。三合土則是以蒸熟的糯米，加上石灰與糖漿搗製而成。 「理學堂大書院」，書院方位坐東朝西，東西長七十六呎，南北長一百一十六呎，建築為外人在臺灣施新式教育之開始，而且看似西方教堂，並具中國四合院色彩。

1882年7月21日，馬偕日記上寫著：「今晚8點30分，英國領 事胡拉特先生主持神學校(Oxford College)落成典禮…。」
9月14日的日記：「今天神學校(Oxford College)開學，嚴清華、陳火及我都曾講課給學生們聽。」
牛津學堂入口石作門楣亦刻有1882年字樣，標示了建築年代。

中西合璧建築
 淡水知名泥水匠洪泉所建； 馬偕 博士親自選地，設計、督工。
 四合院大厝，兩進兩護龍；西式圓拱形(雨披)的門窗和百葉窗。
 正門前有傳統民居「凹壽」的前廊；而前檐卻有西式「女兒牆」的做法。
 臺灣紅瓦斜屋頂；卻有西式氣窗─老虎窗。
 冠有西式教堂的小帽尖 , 卻是中國尖塔的造型─為緩和當地民眾。