Cami, Kanuni Sultan Süleyman tarafından genç yaşta ölen oğulları Şehzade Mehmet ve Cihangir için Mimar Sinan’a yaptırılmıştır. 1559 yılında inşa edilen camiye bağlı bir de sübyan mektebi bulunmaktaydı. Zaman içerisinde beş yangın geçiren cami her seferinde onarılmış, en son 1889 tarihinde II. Abdülhamid tarafından yeniden yaptırılmıştır.

2000 metrekarelik bir alan içerisinde yer alan cami tek kubbeli ve kare planlıdır. Mimar Sinan, Cihangir Camii’nde Edirnekapı’daki Mihrimah Sultan Camii’nde başlattığı mimari tarzını uygulamıştır. Ancak caminin geçirdiği yangınlar sonrasında tam olarak kim tarafından yenilendiği bilinmemektedir.