Bolu merkez Büyükcami Mahallesi, Pamukçular ve Büyükcami Sokakları arasında yer alan cami, Yıldırım Bayezid tarafından 1382 yılında yaptırılan medrese ve kütüphaneden oluşan külliyenin merkezidir. Bugün caminin medrese ve kütüphanesinden herhangi bir iz bulunmamaktadır. Muhtemelen ahşap olan bu cami 1891 yılında yanmış ve 1899 yılında tek kubbeli olarak yeniden inşa edilmiştir. 1944 depreminde büyük hasar gören cami, onarımlarla son şeklini almıştır.
Kesme taştan iki katlı olarak inşa edilmiştir. 1. katta dükkan ve depolar yer almaktadır. 2. kat ise; kare şeklinde bir ana mekan ve kuzeyde iki katlı mahfil ile son cemaat yerinden oluşmaktadır. Yüksek beden duvarlarıyla çevrili ana mekanı, çokgen kasnaklı bir kubbe örtmektedir. Son cemaat yerini de kaplayacak şekilde geniş tutulan mahfilin üzeri, iki sıra halinde kubbe ve tonozlarla örtülüdür. Kuzeybatı ve kuzeydoğu köşelerinde çok kenarlı minareleri yer almaktadır. 1999 depreminden sonra aslına uygun olarak restore edilmiştir.