1443-1447 yılları arasında, II. Murat tarafından yaptırılmıştır. Cami Osmanlı sanatında, erken ve klasik dönemler üslubu arasında yer almaktadır. Burada ilk kez uygulanan bir planla karşılaşılmaktadır. 24 m çapındaki büyük merkezi kubbe, ikisi paye, dördü duvar payesi olmak üzere altı dayanağa oturur. Yanlarda daha küçük ikişer kubbe ile örtülü kare bölümler vardır. Yapı, bir yenilik olarak enine dikdörtgen planlıdır. Bu planı Mimar Sinan, İstanbul camilerinde daha gelişmiş biçimi ile uygulamıştır. Ayrıca, Osmanlı mimarisinde revaklı avlu ilk kez bu camide kullanılmıştır. Avlunun dört köşesine minareler yerleştirilmiştir. Üç şerefeli cami, bu özellikleriyle sonraki camilere öncü olan anıtsal bir yapıdır. Basamaklı üç kapıdan girilen avlunun sütunları, serpantinli breş, granit ve mermerdendir. Avlu pencerelerinden ikisinin alınlıkları çini süslemelidir. Lacivert ve ak renkli çiniler, bitkisel kıvrak dal bordürü ile çevrilidir. Revak kubbelerindeki özgün kalem işleri, Osmanlı camilerindeki en eski örneklerdendir.

Camiye adını veren üç şerefeli anıtsal minare, 67,62 m yüksekliğindedir. Her şerefeye ayrı yollardan çıkılmaktadır. Minare gövdesi kırmızı taştan zikzaklar ve beyaz karelerle hareketlendirilmiştir. Kaidesinde Bursa kemerli sağır nişler bulunmaktadır.

Üç Şerefeli Cami’nin, süslemeleri de ilginç özelliklere sahiptir. Taçkapı, yan kapılar, minareler, sütun başlıkları ve pencerelerde mermer, ak ve kiremit rengi taş kullanılmıştır. Taçkapı’da mukarnaslar ve yan nişlerin üst bölümlerindeki yazıların arasında kıvrık dal ve rumiler göze çarpmaktadır. Büyük kubbede, yan ve avlu revaklarındaki kubbelerde lacivert, al, ak ve sarı renkte kalem işleri vardır. Süslemelerde, yazı kuşakları, rumi, palmet, lotüs motifleri vardır. Kubbe eteği ve pandantiflerde de Rokoko süslemeler bulunmaktadır. Ayrıca ceviz ağacından, kündekâri tekniği ile yapılmış ahşap pencere ve kapı kanatları da dikkat çekici ve bir o kadar da önemlidir.