Yapının kapladığı alan Ayasofya ve Süleymaniye Camii'nden daha büyüktür. Ana yapı 64 metre genişlikte, 72 metre uzunluktadır. Yüksekliği ise 43 metredir. Eminönü'deki Yeni Camii yapılana kadar aynı adla anılmaktaydı.

Kubbesi yuvarlak ve iri sütunlar halindeki filayaklarına oturtulmuştur. Orta kubbe dört sivri kemer üzeerine oturtulmuş ve köşeleri pandantifle doldurulmuştur. Yarım kubbelerin kenarları da sivridir.

Sultanahmet'in en önemli özelliklerinden biri, bol ışıklı ve çinilerinin eşsiz bir sanat eseri oluşudur. Caminin 260 adet penceresi vardır. Işığın süzülmesini kolaylaştırmak için pencereler ve kemerler diğer camilerden değişik bir tarzda yapılmıştır. Işığın cami duvarlarını süsleyen renkli çinilere değişik şekillerde yansıması düşünülmüş ve pencere camlarına buna göre renkler verilmiştir. Camii 21.043 adet çini ile süslenmiştir.

Yapıda camiye ek olarak sebiller, mektep, Hümayun Kasrı, dükkanlar, odalar ve padişahın türbesi de bulunmaktadır. Avizeler Habeş veziri Cafer Paşa tarafından hediye olarak gönderilmiştir.

Sultanahmet Camii, Kabe hariç dünyada 6 minaresi olan tek camidir. Minarelerin dördü üçer, ikisi ise ikişer şerefelidir. O zamanlar Kabe'de de 6 minare vardı. Kabe'ye saygısızlık yapıldığı yönünde bazı eyaletlerden gelen itirazlar üzerine Sultan Ahmet, Kabe'ye 7. minareyi de yaptırmıştır.