Adıyaman Çarşı içerisinde yer alan Ulucamii, 2008 yılına kadar Adıyaman’ın sahip olduğu en büyük camidir. Dulkadiroğlularının son beyi olan Allaüddevle Bozkurt Bey tarafından 1506-1515 tarihleri arasında yaptırıldı. Tek şerefeli minaresinde 1798 ve 1854 tarihli iki eski yazıt vardır. 1902 yılında Mehmet Feyzi Efendi tarafından onarıldı. Üç kapılı olan caminin iki kapısı cevizden ve 1902 tarihini taşıyor. 1986 depreminde minaresi hasar gördü ve onarıldı.

Cami, XIX. yüzyıl batılılaşma üslubuna uygun özellikler taşımakla birlikte plan şeması bakımından klasik Osmanlı mimarisinin bir devamı niteliğindedir. Merkezi planlı ana mekân beş gözlü cemaat yeri ve minareden oluşuyor. Bir merkezi kubbe, dört yönden dışa kırma çatı ile örtülü beşik tonozlarla destekleniyor ve ayrıca dört köşede de küçük kubbelere yer veriliyor. Dış mimaride en dikkat çekici kısım cephelerin üst kısmındaki çatı kornişinin dışa yansıyış biçimidir. İç mekânda uygulanan merkezi plan şemasının sonucu olarak orta kubbeyi dört yönden destekleyen ve klasik örneklerdeki yarım kubbelerin yerini tutan tonozlar, dışarıya Grek tapınaklarında görülen üçgen alınlıklar biçiminde, kırma çatılı birer korniş şeklinde aksettiriliyor.

Sekiz köşeli dört sütun üzerine oturan yüksek kasnaklı kubbeyi, köşelerde dört küçük kubbe ile yanlarda dört tonoz destekliyor. Klasik Osmanlı camilerindeki merkezi kubbenin hâkimiyeti burada yer alan üçgen alınlıklar nedeniyle kayboluyor. Ceviz ağacından olan kapıları 1900 yılında Bahaytarzade Mustafa bin Ömer tarafından yaptırıldı. Mihrap kesme taştan olup üzerinde yazıt ve geometrik bezeme vardır. Orijinal yapıdan günümüze ulaşan tek mimari eleman olan minare kare kaideli, silindirik gövdeli ve tek şerefelidir.