Beyazıt Câmii, Bizans devrinin en büyük meydanının (forum) bir köşesinde inşa ettirilmiştir. Külliye, câmi, türbe, aşhâne-imâret, sıbyan mektebi, tabhâneler, medrese, hamam ve kervansaraydan ibârettir. Bütün bu yapılar araziye dağınık bir biçimde yerleştirilmiştir. Câmi inşaatı 1505 yılında tamamlanmıştır. Külliyenin bir unsuru olan medresenin inşasına ise, câmi bittikten sonra başlanmış ve 1507'de tamamlanmıştır. Câminin kıble tarafında Sultan 2. Bayezid'in türbesinin bulunduğu hazîreye daha sonra pek çok kişi defnedilmiş, hazîre duvarı köşesine de Sadrazam Reşid Paşa için bir türbe yapılmıştır. Reşid Paşa'nın babası Mustafa Efendi'nin Sultan 2. Bayezid vakıfları rûznâmecisi/muhâsebecisi idi.

Kare biçimli harim avlusu içeride yirmi dört kubbeli revaklarla çevrilmiş olup, mermer döşeli avlunun ortasında şadırvan bulunur. Aslında üstü açık olan şadırvan havuzu Sultan 4. Murad tarafından etrafına dikilen sekiz sütun üzerine oturan bir kubbe ile örtülmüştür. 19. yüzyılda ramazan ayında câminin iç avlusunda "Ramazan Sergisi" adıyla bir açık pazar kurulması şehrin özelliklerinden biriydi.

Câmi yapıldığında etrafı geniş bir dış avlu ile çevrili bulunuyordu. Bugün bu dış ihata duvarından hiçbir iz yoktur. Câminin yeşil, gri, pembe ve kırmızı granitlerden meydana gelen 20 sütun üzerinde 24 kubbeli avlusu, dışarıya üç kapı ile açılır. Bunlardan ortadaki Eski Saray tarafında olduğundan saray kapısı, soldaki imâret kapısı, sağdaki ise meydan kapısı olarak adlandırılmıştı. Bu kapıların dış yüzleri âbidevî bir görünümdedir. Avlu revaklarının yedi kubbesi son cemaat yerine aittir. Câminin cümle kapısı klasik devir Osmanlı mîmârisinin muhteşem bir eseridir. Harimde dört pâyeye oturan dört büyük kemer 16,78 m. çapındaki kubbeyi taşır. Kubbede 20 pencere vardır ve dört köşesinden her birinde ikişer adet olmak üzere 8 tane ağırlık kulesi bulunmaktadır. Caminin mihrâbı bir sanat şaheseridir.

Dönen kum saatleri, siyahlı beyazlı mermerdendir, çok zariftir. Mermer olan mimber de benzer şekilde dikkat çekicidir. Mihrâb üzerinde, kubbesinde ve orta kapısının üzerindeki muhteşem yazılar Şeyh Hamdullah'a âittir. Ana kubbe kıble ekseni üzerinde iki yarım kubbe ile desteklenmiştir. Yarım kubbelerde de yedişer pencere vardır. Bütün bu kubbe, yarım kubbe ve yanlardaki dörder küçük kubbeyi kare şeklindeki dört fil ayağı taşımaktadır.

Müezzin Mahfili, 10 adet mermer ayaklar üzerindedir. Bursa tipi kemerler mahfili taşımaktadır. İki yandaki tâli mekânlar ise dörder bölüm halinde olup bunların her biri küçük birer kubbe ile örtülüdür. Bu yan bölümlerden de dışarı açılan birer kapı vardır. Sağdaki bölüm dizisinin kıble duvarına komşu olan sonuncusu içinde, on sütun üstüne oturan ve dıştan bir merdivenle ulaşılan hünkâr mahfili yapılmıştır. Dışarda, buraya isabet eden pencere önüne sütunlar oturtularak balkon gibi bir kısım meydana getirilmiştir.

Giriş duvarına konsollar üzerine oturan kadınlar mahfili yerleştirilmiştir. Erken Osmanlı devrinde tabhâneler vezir câmilerinde câminin iki yanına bitişik olarak inşa edilmiştir. Büyük selâtin câmilerinin birkaçında bu tabhânelerin vezir câmilerinde olduğu gibi ana ibadet mekânının iki yanına bitiştirildikleri görülür ki bunlardan biri de Beyazıt Câmii'dir. Sonradan 16. yüzyıl ortalarında tabhânelerin ana bölümleri, esas câmi ile aralarındaki duvarlar kaldırılarak namaz mekânlarına katılmıştır. Beyazıt Câmii'nin minâreleri tabhânelerin en dış köşelerine yerleştirildiğinden aradaki açıklık 79 metreyi bulmaktadır. .Minâreler lerin kürsü kısımları ve pişmiş topraktan kırmızı renkte süslemeleri zamanımıza kadar korumuştur. Minârelerden sağdaki orijinal süslemesi dikkat çekici bir mîmâriye ve güzelliğe sahiptir. 

Medrese:

Beyazıt Külliyesi'nin medresesi câminin uzağına bağımsız bir bina halinde yerleştirilmiştir. Genellikle şeyhülislâmların ders verdikleri bu medresede Zenbilli Ali Efendi, İbn Kemal gibi meşhur zat-lar hocalık yapmışlardır. İç avlunun etrafını üç taraftan kare taş pâyelere etrafını oturan kubbeli revaklar sarar. Revaklların arkasında her biri ocaklı, dolaplı ve dışa penceresi olan kubbeli yirmi odası vardır. Avlu ortasında ise bir şadırvan bulunur. Halk arasında bu medreseye cephesi önündeki havuzdan dolayı Havuzlu Medrese denilirdi. Havuz 1956 yılı istimlâklerinde yok edilmiştir. Medresenin cümle kapısı sivri kemerli büyük bir eyvanın içinde açılmıştır. Cümle kapısının tam karşısındaki kenarda yer alan dershâne–mescidin üstü 7,40 m. çapında bir kubbe ile örtülüdür. Medrese günümüzde Vakıflar Hat Sanatları Müzesi olmuştur.  

Türbe:

Sultan 2. Bayezid'in türbesi ölümünden sonra oğlu Yavuz Sultan Selim tarafından câminin kıble tarafındaki boş yere inşa ettirilmiştir. Vakfiyede, Nâşının şeriat hükümlerine göre, Eyüp Sultan Türbesi yakınına defnedilmesi istenmişse de oğlu Yavuz Sultan Selim, babası için bu türbeyi yaptırarak, buraya defnettirmiştir. Bu türbenin yakınındaki daha ufak ölçüdeki diğer bir türbe ise Sultan Bayezid'in kızı Selçuk Hâtun'a (Sultan) aittir. 

 Sıbyan Mektebi

Câminin kıble tarafında, hazîrenin de ilerisinde olan sıbyan mektebi vakfiyeye göre yetim ve fakir çocuklara şart koşulmuştur. Kubbeli birbirine bitişik iki kare mekândan meydana gelmiştir. Tâmir edilmiş olup günümüzde Fâtih Müftülüğüne bağlı Kur'ân Kursu olarak hizmet vermektedir.

Beyazıt Külliyesi'nin aşhâne-imâreti ile kervansarayı câminin sol tarafında inşa edilmiştir. Aşhâne-imâret, ortası şadırvanlı bir avlu etrafındaki kubbeli mekânlardan meydana gelmiştir. Arkadaki büyük bacalı mekânların mutfak olduğu anlaşılır. Evvelce avlunun ortasında yer alan şebekeli fıskıyeli şadırvan kaldırılarak buraya günümüzde avluyu örten modern çatıyı taşıyan beton direk oturtulmuştur.

Beyazıt aşhâne-imâreti 1883-84 tarihinde Sultan 2.Abdülhamid tarafından kütüphâne yapılmıştır. Bu vesile ile esas binanın meydana bakan cephesine taştan bir kaplama giydirilmiş, kapısı üstüne Sultan 2. Abdülhamid'in tuğrası konulmuştur. Aşhâne-imâretin sağındaki bölümler, kitap hacmi gittikçe artan kütüphânenin yer ihtiyacını karşılamak üzere, sonraları restore edildiği gibi, zamanla bu mekânlar da ihtiyacı karşılayamaz hale gelince, kütüphânenin bitişiğindeki eski Dişçilik Mektebi de kütüphâneye tahsis edilmiştir. 1205 metre kare üzerine üç katlı olarak planlanan bina yenileme çalışmaları ile tamamlanarak hizmete girmiştir.