Oppimot 80 er såra i eksplosjonen, som provinsguvernør Ali Mohammad Azad seier var eit sjølvmordsangrep.
Angrepet skjedde under kveldsbønna i moskéen, melder det offisielle nyheitsbyrået IRNA.
Kort tid etter eksplosjonen vart det funne ei bombe til, men denne vart øydelagt av politiet før ho gjorde noko skade.
Gulvet i moskeen er blodstenkt.
Foto: MOJTABA GOUDARZI / AFPDet vart gjort stor skade på moskéen, og delar av taket har falle ned. Moskéen er den største for sjiamuslimar i Zahedan, og skal også vere ein samlingsplass for militante sjiaer.
Nyheitsbyrået FARS melder at 20 er drepne og 55 såra.
Det er heilagdag i Iran i dag, for å minnast dødsdagen til Fatime Zahra, dottera til Mohammed. Angrepet skjer berre eit par veker før presidentvalet i Iran 12. juni.
18. februar i år var det eit angrep på Al Gadhir-moskéen i Zahedan.
Zahedan er hovudstaden i Sistan-Baluchistan, eit stammeområde som grensar mot Pakistan.
Det er ofte samanstøytar mellom iransk politi og opprørarar og militante opprørarar i dette området.
