Kayseri’nin kalbinde, Kapalıçarşı’nın hemen yanı başında yer alan bu kıymetli yapı, halk arasında Ulu Cami olarak bilinmektedir. Bazı tarihî kaynaklarda ise Cami-i Kebir ya da Sultan Camii adıyla anılmıştır.
Caminin ilk inşası, Hicrî 530 / Miladî 1135 yılında Danişmendli hükümdarı Melik Mehmet Gazi tarafından gerçekleştirilmiştir. Günümüze ulaşan tek kitabe ise, caminin kuzey kapısı yanında yer almakta ve yapının geçirdiği önemli bir onarımı belgelemektedir.
Bu onarım, Melik Mehmet Gazi’nin yeğeni olan Yağıbasanoğlu Muzaffereddin Mahmud tarafından H.602 / M.1206 yılında yaptırılmıştır. Aynı dönem içerisinde, onun kızı Atsuz Elti Hatun da şehrin önemli ibadethanelerinden biri olan Gülük Camii’nin onarımını üstlenmiştir. Kitabede geçen ifadelerde, onarımın Sultan Keyhusrev devrinde yapıldığı ve Allah’ın yardımının yüceltilmesi dileği yer almaktadır.
Tarihî süreçte 1716 yılında meydana gelen büyük bir deprem, Ulu Cami’ye ciddi zararlar vermiştir. Bu olayın ardından yapı yaklaşık 5-6 yıl harap halde kalmıştır. Ancak 1723 yılında, Matbah-ı Amire Emini unvanına sahip Kayserili Hacı Halil Efendi öncülüğünde cami yeniden onarılmış; yıkılan minare külahı, çöken kubbeler ve diğer bölümler yeniden inşa edilmiştir.
Yaklaşık 30x50 metrelik bir tabana oturan cami, dışarıdan bakıldığında oldukça sade bir görünüme sahiptir. Ancak iç mekânda kullanılan sütunlar dikkat çekicidir. Bu sütunların bir kısmı Roma ve Bizans dönemlerine ait olabilir. Bu durum, yapının bir dönem kilise ya da saray olarak hizmet vermiş olabileceği ihtimalini doğursa da; genel mimari planı, sivri kemer uygulamaları ve mihraba yönelişi, onu açıkça İslam mimarisine ait özgün bir eser hâline getirmektedir.
Türkiye’deki pek çok camide görülen sütun kullanımı, Ulu Cami’nin de geçmişle bugünü birleştiren mimarî yapısını desteklemektedir.
Ulu Cami, mimarî ölçüleriyle de dikkat çeken bir yapıdır. Uzunluğu 47,5 metre, genişliği ise 27 metre olan cami, sade ve dengeli bir plana sahiptir.
Yapının içerisinde iki kubbe yer alır. Bunlardan biri mihrabın önüne inşa edilmiştir ve dört dikdörtgen penceresiyle aydınlatılmaktadır. Bu kubbenin, camiyle birlikte ilk inşa sürecinde yapılmış olduğu düşünülmektedir. Diğer kubbe ise caminin orta kısmında yer almakta olup, mimarî yapısı itibariyle sonradan eklenmiş olabileceği yönünde değerlendirmeler vardır.
Ulu Cami’nin planı, Selçuklu dönemi camilerinde sıkça görülen açık orta alan geleneğini yansıtmaktadır. Bu anlayışta, camiler genellikle uzunlamasına tasarlanır ve orta bölümler üstü açık veya ışıklık olarak bırakılır. Ulu Cami’de bu alanın zaman içinde bir kubbe ile örtülerek kapatıldığı anlaşılmaktadır. Bu durum, yapının hem tarihsel sürekliliğini hem de dönemsel müdahaleleri gözler önüne sermektedir.
Ulu Cami’nin iç mekânında yer alan ayaklar ve sütunlar, birbirine kemerlerle bağlanarak sağlam bir taşıyıcı sistem oluşturulmuştur. Bu kemerlerden büyük bölümü, cami içindeki ibadet alanının kısa eksenine paralel olarak uzanır. Güney cephesinde yer alan destek noktalarını birleştiren kemerler ise, yapının uzun ekseni boyunca uzanarak mimarî dengeyi sağlar.
Tavan kısmı, 30–50 cm çaplarında kalın çam kirişlerle taşınmaktadır. Bu kirişlerin üzerine kamıştan örülmüş bir çit yerleştirilmiş, geçmişte bu çitin üzeri toprakla kaplanarak örtülmüştür. Günümüzde ise bu örtünün yerini beton almıştır.
Caminin tavanı düz olduğu için, yağmur sularının akışını sağlamak amacıyla eğim verilmiştir. Bu eğim, toprağın ve şimdi kullanılan betonun kalınlık farklarıyla elde edilmiştir. En büyük eğim, yapının uzun ekseni boyunca olup kalınlık ortalama bir metreye ulaşır. Suyun dışarı tahliyesi için ise taştan oluklar, dış duvarların kenarlarına yerleştirilmiştir.
Caminin iç kısmından başlayan, üzeri açık bir merdivenle taraçaya çıkılmaktadır. Bu noktadan itibaren, minarenin şerefesine kadar ulaşan helezon şeklinde dönen bir merdiven yer alır. Minarenin yapısal biçimi, caminin genel mimarî çizgisinden farklılık gösterdiği için, bu minarenin daha sonra inşa edildiği anlaşılmaktadır.
Her ne kadar minarenin yapım tarihine dair herhangi bir kitabe ya da belge bulunmasa da, bu yapı Kayseri’deki en eski minarelerden biri olarak kabul edilmektedir. Dört köşeli taş kaide üzerine oturtulan minarenin gövdesi, şerefeye kadar tamamen tuğladan örülmüştür.