Bolu’nun merkez ilçesinde, Pamukçular Sokağı ve Büyükcami Sokağı arasında Büyükcami Mahallesi’nde bulunmaktadır. Büyük Camii olarak da adlandırılan cami ismini Yıldırım Bayezid’den almaktadır. 1382 yılında Yıldırım Beyazıt tarafından medrese ve kütüphaneden oluşan külliyenin merkezi olarak yaptırılmış, fakat kütüphane ve camiye dair işaret halen bulunmamaktadır. Büyük olasılıkla ahşap mimariye sahip olan cami 1891 yılında yanmış ve büyük hasar görmüştür. 1899 yılında tek kubbeli olacak şekilde cami tekrar inşa edilmiştir. 1944 depreminde önemli yıkılmalar meydana gelen cami kesme taştan iki katlı olacak şekilde inşa edilerek, onarımlarla şu anki formunu almıştır. Birinci katında depolar ve dükkân, ikinci katında kare biçimde temel mekân, kuzeyde de çift katlı mahfil ile son cemaat alanından meydana gelmektedir. Yüksek beden duvar ile çevrili ana mekânı, çokgen kasnaklı bir kubbe örtmektedir. Son cemaat yerini de kaplayacak şekilde geniş tutulan mahfilin üzeri, iki sıra halinde kubbe ve tonozlarla örtülüdür. Kuzeybatı köşesinde ve kuzeydoğu köşesinde çok kenarlı minareleri bulunmaktadır. Cami 639 yıldır dönen muvaneze sütunları üzerindedir. Bu dönen denge sütunları mihrabın her iki yanında bulunmaktadır. Sütunlar dengeyi koruyarak deprem gibi durumlarda caminin hasar almasını engellemektedir. Sütunlar sürekli olarak dönmekte, aksi taktirde temelinde ve dengesinde bozukluk olduğu ortaya çıkmaktadır. Camii yapımından itibaren iki yangın, üç önemli deprem geçirmesine rağmen hala eski halini korumaktadır. 1999 depreminden sonra aslına uygun olarak restore edilmiştir. Çift minareli ve tek kubbeli olan caminin iç mekânı Türk motifleri ve nakış işi süslemeler ile donatılmıştır.