Fatih’in oğlu II. Bayezid İstanbul’un üçüncü tepesi üzerine kendi ismiyle anılan bu cami inşa ettirmiştir. 1501 de başlayıp 1506 yılında tamamlanan bu eserin mimarı hakkında çeşitli tarihçilerin ayrı görüşleri vardır. Mimar Hayrettin ve mimar Kemalettin üzerinde durulur. Tartışmalar sonunda mimar Kemalettin olarak kabul edilir ve bu sanatkârın Koskadaki mezarı bir merasimle Beyazid türbesi yanında hazırlanan lahde nakledilir.
Caminin plânı kare şeklindedir. Kubbesi dört filayağı ile iki sütun üzerine istinad eden kemerlere oturtulmuştur. Mihrap ve kapı tarafında yarım kubbeler ile yanlarda dört ufak kubbe yer almıştır.
Caminin önünde yer alan avluya üç süslü kapıdan girilir. Ortada bir şadırvanı vardır. Avlu revaklı olup revaklar altısı granit, dördü yeşim ve onu yeşil olmak üzere 20 sütunlu 24 kubbelidir.
Camiye üzerinde hattat Şeyh Hamidullah’ın yazısı bulunan cümle kapısından ve yanlardaki kapılardan girilir. İçeride sağ köşede bir sıra sütun üzerine kurulmuş beyaz mermerden hünkâr mahfili göze çarpar.
Caminin birer şerefeli iki minaresi mevcuttur. Güneyde bulunanını camiin inşasından kalma, kuzeydeki ise yeniden yapılmış bulunmaktadır.

Cami yapılışından sonra değişikliklere uğramış, 1736 da şeyhülislam Veliyüddin Efendi tarafından sağ tarafa bir kütüphane yaptırılmış, 1797,1870,1940 ve 1958 yıllarında da tamirler geçirmiştir. Yanında da türbesi bulunmaktadır.
II. Bayezid 1512 yılında Dimatoka yolunda öldüğü zaman Yavuz Sultan Selim tarafından yaptırılan Beyazıd cami yanındaki türbesine gömülmüştür.        
Türbe sekiz köşeli olup yüzlerin her biri yeşil mermerden çerçeveli birer kitabe şeklindedir. Alt ve üst pencereler bu kitabenin içinde yer almışlardır. Ön kısımdaki camekan sonradan yapılmıştır. Türbenin içi sonradan yapılmış kalem işleriyle süslenmiştir.
Ortadaki sanduka sadefkâri bir şebeke  ile çevrilmiştir. Üzeri sırmalı, ayetli bir kadife ile kaplanmış, bunun da üzerine kâbe örtüsü konmuştur. Baş ve ayak uçlarında tunçtan büyük şamdanlar bulunmaktadır.