Mekân fikrinin gelişmesinde önemli bir basamağı teşkil eden bu cami tipinde, kapalı bölümde çok sayıda sütun bulunur. Örtü sistemi çok ayak üzerine oturmuş bu tip camiler Selçuklular‘dan sonra Anadolu‘da ortaya çıkan Erken Türk Beylikleri mimarisinde önemli bir yere sahip olup, Ulucamii bunların en önemlisidir.
Cami bir avlu içerisinde olup, dıştan 56x33 m. ölçüsünde dikdörtgen planlıdır. Camiin asıl ibadet alanına, son cemaat yerini geçerek, kuzey duvarının tam ortasındaki ana kapı ve köşelere yakın yerlerdeki birer yan kapı olmak üzere toplam üç ayrı kapı ile girilmektedir. Camiin asıl giriş kapısı ile diğer kapıları süslemesiz ve sade görünümlüdür.
Ulucamii, dıştan ve içten tamamen kesme taş malzeme ile yapılmış, beden duvarları kalın hâlinde kireçle sıvanmıştır. Camiin harimi yaklaşık 31x54 m (1674 m2)dir. Bu mekân, sivri kemerlerle birbirine bağlanmış elli adet sütun (ayak, paye) ile kuzey-güney doğrultusunda on bir sahna bölünmüştür. Sütunlar 1.20x0.90 m. ebatlarında, kesme taş örgülü ve yığma tarzındadır. Orta sahnın güney duvarı önüne bir niş halinde silindirik mihrap yerleştirilmiştir. Bu yüzden mihrap eksenine uzanan orta sahn diğerlerine göre daha geniş tutulmuştur.