Yıldırım Külliyesi'nin ortasında yer alan Yıldırım Cami, 14. yüzyılın sonlarında Yıldırım Bayezid tarafından yaptırılmış olup, zengin taş işçiliği ile kentin en dikkat çeken yapılarındandır. "Ters T" planlı camilerin en özgünü olan Yıldırım Cami'nde süsleme olarak, Bursa tipi kemerlerin çok görkemli biçimde uygulandığı görülmektedir. Yıldırım Cami'nde, giriş eyvanına mukabil yanlarda iki oda olup bu odalara dışarıdan da girilmektedir. Ortada arka arkaya iki kubbe, yanlarda birer eyvan ile birer ocaklı ve küçük pencereli oda bulunur. Cami'ye ayrı bir özellik kazandıran Bursa kemerleri, iki ana kubbeyi birbirinden ayıran büyük kemerde ve pencerelerde kullanılmıştır. Merkez kubbe iç mekana ferahlık veren bir yüksekliğe sahiptir.
Duvarları kesme taşlarla kaplı olup, namaz kısmı ve yandaki eyvanlar zeminden yüksektir. Eyvanların üstü, sivri tonozların oluşturduğu sekiz köşeye oturan kubbeyle örtülmüştür. Kare plan üzerine oturan mihrap kubbesi, sekiz sıra stalaktitli yaşmak ile örtülüdür. Köşelerinde cilalı yeşilimsi mermer sütunlar vardır. Cami'nin doğu ve batısındaki odalar alçıdan ufak, büyük hücreli, maşalıklıdır. Stalaktik saçaklı, geniş ajurlu, oniki yıldızlı ve yeşil çini parça kakmalı, süslü, nesih ve kufi hatla yazılı hadis ve dualarla bezenmiş odalar; çapraz tonozlarla kaplıdır. Ön cephede yer alan ayaklar ve bunları bağlayan kemerler, kurşuni renkli mermerden yığma olarak yapılmıştır. Revak beş kubbeyle örtülüdür.