Fatih Sultan Mehmed tarafından Fatih semtinde yaptırıldı. Bizans devrinde, caminin yapıldığı yerin yakınlarında Havariyun kilisesi vardı. Fatih Camii’nin, bu kilisenin yıkıntılarından faydalanarak yapıldığı sanılmaktadır. Cümle kapısının iki yanında ve üstünde bulunan Arapça kitabeye göre yapımına 1467 yılında başlanan Fatih Camii, 1470 yılında tamamlanabildi. Mimarı, Sinaüddin Yusuf bin Abdullah‘tır. Cami, plan olarak anıtsal bir biçimde yapılmıştır. Merkezi kubbe, iki fil ayağı ile iki sütun üzerine oturtulmuştur. Fatih Camii, 1766 yılında yaşanan bir depremden dolayı harabe haline geldiği için Sultan Üçüncü Mustafa, 1767 ve 1771 yılları arasında camiyi Mimar Mehmed Tahir Ağa‘ya tamir ettirdi.

Caminin ilk inşasından bugün sadece şadırvan avlusunun üç duvarı, şadırvan, tac kapı, mihrap, birinci şerefeye kadar minareler ve çevre duvarının bir kısmı kalmıştır. Şadırvan avlusunda, kıble duvarına paralel olan revak diğer üç yönden daha yüksektir. Kubbelerin dış kasnakları sekiz köşelidir ve kemerlere oturur. Kemerler genellikle kırmızı taş ve beyaz mermerlerle işlenmiş, yalnız mihverdekilere yeşil taş kullanılmıştır. Alt ve üst pencerelerin etrafı geniş silmelerle çevrelenmiştir. Söveler mermerdendir ve gayet geniş, kuvvetli silmelerle belirtilmiştir.

Demir parmaklıklar, kalın demirden ve topuzludur. Revak sütunlarının sekizi yeşil Eğriboz, ikisi pembe, ikisi esmer granitten, son cemaat yerindekilerin bazıları ise mısır granitindendir. Başlıklar tamamen mermerden ve hepsi istalaktitlidir. Kaideler de mermerdir. Avlunun biri kıblede, ikisi yanda üç kapısı vardır. Şadırvan sekiz köşelidir. Mihrabın yaşmağı istalaktitlidir. Hücre köşeleri yeşil direkli, kum saatleri ile süslü ve üstü zarif bir taçla biter. Yaşmağın üzerinde tek satırlık bir ayet vardır. On iki dilimli olan minare, cami ile büyük bir ahenkle birleşmiştir. Çinili levhalar son cemaat duvarının sağ ve solundaki pencere aynalarındadır.

Fatih Camii’nin ilk yapımında, cami alanını genişletmek için duvarlar ve iki ayak üzerine bir kubbe oturtulmuş ve bunun da önüne bir yarım kubbe ilave edilmiştir. Böylelikle 26 m çapındaki kubbe bir yüzyıl boyunca en büyük kubbe niteliğini korumuştur. Caminin ikinci defa yapılışında payandalı camiler planı uygulanarak küçük kubbeli sivri bir bina meydan getirilmiştir. Şimdiki durumda, merkezi kubbe dört fil yağına oturmakta ve bunu dört yarım kubbe çevrelemektedir. Yarım kubbelerin etrafında ikinci derecede yarım ve tam kubbeler, mahfildeki ve dıştaki abdest musluklarının önündeki galerileri örtmektedir. Mihrabın sol tarafından, türbe yanından geniş bir rampa ile girilen Hünkar mahfili ve odalar bulunmaktadır.

Minarelerin taş külahları 19.yy sonunda yapılmıştır. Mimar Mehmed Tahir Ağa camiyi tamir ettiği sırada eski camiden kalan klasik parçalarla yeniden yaptığı barok parçaları iyi bir şekilde birleştirdi. Caminin alçı pencereleri son devirlerde harap olduğundan adi çerçevelerle değiştirildi. Avlu kapısının yanındaki yangın havuzu Sultan İkinci Mahmud tarafından 1825 yılında yaptırıldı. Caminin geniş bir dış avlusu vardı. Bunun tabhaneye çıkan kapısı eski camiden kalmıştır.