Ulu Camii büyüklüğü ve tarihî açısından Adana'nın önemli eserleri arasında gösterilmektedir. Selçuklu, Memlûklu ve Osmanlılar Dönem'lerine ait mimarî karakterleri üzerinde toplayan bu eserin üç ayrı kitabesinden, ilk defa 1513 yıllarında Ramazan oğlu Halil Bey tarafından inşasına başlandığı, 1541 yılında Halil Beyin oğlu Piri Mehmet Paşa tarafından bitirilerek ibadete açıldığı anlaşılmaktadır.
Esas binanın batı tarafındaki giriş kısmını, Ramazan oğlu Halil Beyin yaptırdığı bilinmektedir.
Giriş kapısının üzerinde kademeli bir sistemle yukarı doğru sivrilen sarkıtlı konik çatı, Selçuklu dönemi mimarisinin özelliklerini taşımaktadır. Bu durum, XVI. yüzyılda küçük bir beylik olan Ramazanoğullarının burada önce küçük bir mescit yaptırdığını; fakat beyliğin büyümesi ve mescidin yetersiz kalması nedeniyle bugünkü binanın yapıldığını düşündürmektedir.
Bütünüyle 34,50 x 32,50 metre ölçülerinde kareye yakın dikdörtgen plânlı olan Ulu Camii'nin batı ve doğu yönündeki iki büyük kapısından avluya girilmektedir. Caminin esas ibadet mekânına ilâveten, bölgenin sıcak oluşu ve daha fazla cemaatin ibadet etmesi düşünülerek avlunun bir kısmı ahşap örtü sistemi ile kapatılarak büyük bir son cemaat yeri haline getirilmiştir. Doğu cephedeki avlu kapısında ve caminin esas mekânının cephesinde, siyah ve beyaz mermer levhalar kullanılarak cephe görünüşüne renk katılmıştır. Yarı sivri kemerlerin konturları stalâktit ve bitki motifleri ile süslenmiştir. Enine uzanan dikdörtgen plândaki esas ibadet mekânı, Kıble duvarına paralel konmuş dört sütun ile iki nef (şahın) teşkil etmekte ve sütunlar hafif sivri kemerlerle birbirine bağlanmaktadır.
Kıble duvarında etrafı siyah mermerden yapılmış bir bordürle çevrilen mihrabı ile bilhassa caminin Kıble duvarını kaplayan XVI. ve XVII. yüzyıla ait çinileri ilk bakışta dikkati çekmektedir.
Adana Ulu Camii, son cemaat mahalli formundaki harimin batısındaki dikine mekânı ile Adana Hasan Ağa Camisi, Adana Kemeraltı Camisi ve Ceyhan Kurtkulağı Köyü Camisi gibi bazı mahalli eserleri etkilemiştir.