Niğde Kalesi’nde, Alaeddin tepesi denilen mevkide yer almaktadır. Yapının tamamında sarı tonlarında andezit ve gri tonlarda bazalt, kesme taş kullanılmıştır. Dikdörtgen planlı, mihraba dik uzanan üç sahınlı, mihrap önü kubbeli olan yapının, mihrap önü kubbesinin yanlarına birer kubbe yerleştirilip, üç kubbeli olarak inşa edilmiştir. Kubbeler sekizgen kasnak üzerine oturmaktadır. Kubbelere geçişler tromplarla sağlanmaktadır. Payelerle birbirinden farklı ölçütlerde bölümlere ayrılan iç mekânın üstü beşik, aynalı ve çapraz tonozlarla örtülüdür. Yapıda biri doğu cepheye, diğeri kuzey cepheye yerleştirilen iki taç kapı mevcuttur. Cami kesme taştan yapılan tek şerefeli minareye sahiptir.

Camide inşa, usta ve ayet kitabeleri bulunmaktadır. Doğu cephede yer alan taç kapısı üzerinde usta, inşa kitabesi ile ayet kuşağı yer alırken, orta sahn ve kubbe eteğinde de usta kitabeleri (Mahmud oğulları Sıddık ve Gazi) mihrapta da ayet kitabeleri mevcuttur.

Doğu cephede yer alan taç kapının üst kısmına yerleştirilen inşa kitabesi, 0,40x1,50 metre boyutlarındaki mermer levhaya iki satır sülüs hatla yazılıdır. Eser Emir-i Ahur Beşare Bey tarafından 1223 tarihinde Alaeddin Keykubat’ın hükümdarlığı zamanında yaptırılmıştır. Ayrıca yapı yöneticisi olarak Müstenireddin’in görevlendirildiği kitabeden anlaşılmaktadır. Ayrıca yine doğu cephede yer alan taç kapının kavsaralarını kuşatan kemerinin üst bölümünün köşelerinde, Sıddık ve Gazi kardeşlerin isimleri kitabede yer almaktadır.

Kuzey cephede yer alan taç kapı mukarnas kavsaralıdır. Etrafını kuşatma kemeri çevrelemektedir. Giriş kapısı düz kemerlidir. Kuzey cephede sekiz kollu yıldız motifi süsleme ögesi olarak yer almaktadır.

Doğu cephede yer alan basık kemerli taç kapı ile harime girilmektedir. Bu taç kapıyı çevreleyen altı sıra bordür çevrelemektedir. Bordürlerde geometrik süsleme unsurlarından altı ve sekiz kollu yıldızlar, daireler, dörtgen ve üçgenler bulunmaktadır. Kavsara köşeliklerin de kabaralar ile insan başları yer almaktadır.

Doğu cephedeki 2,20 metre genişliğinde ve 2,60 metre yüksekliğindeki basık kemerli kapıdan girilen caminin harim kısmı plan olarak mihraba dik uzanan üç sahna ayrılmaktadır. 1,50/1,40 metre boyutlarında haçvari ayakların taşıdığı örtü sistemiyle örtülüdür. Caminin örtüsü tamamen taşla kaplıdır. Örtü sisteminde genelde iki merkezli beşik tonoz kullanılmıştır. Mihrap önünde kubbe, bey mahfilinin girişinin üzerinde dört sıra mukarnasla süslenen aynalı düz tonoz, bey mahfilinin girişinin üzerinde ise çapraz tonoz vardır.

Kuzey-güney doğrultusunda inşa edilen cami 23,50 x 28,30 metre ölçülerindedir. Harim kısmı ise 20,90 x 25,90 metre ölçülerindedir. Harimdeki dikkati çeken kısımlardan biri orta sahnın merkezi bölümündeki ışıklıktır. İç mekânın aydınlatılması alt sırada doğu ve kuzey duvarlarında birer, güney duvarında iki, üst sırada ise batı duvarında bir kubbe kasnaklarında yedi adet olmak üzere toplam 12 pencereyle sağlanmaktadır.

Alaeddin Camii’nin mihrabında kesme taş malzeme kullanılmıştır. Mihrapta derinlik algısının artırılmasına yönelik içte beş sıra mukarnas kavsaralı küçük mihrap planlaması, onu çevreleyen dört sıra mukarnas kavsaralı orta bölüm ve bu bölümü çevreleyen dikdörtgen bir niş bulunmaktadır. Mihrap kavsarasının üst kısmında ve alt sırasında ayet kitabeleri vardır. Mihrabın yanında yer alan minber de kesme taştan olup üstünde geometrik süslemeler yer almaktadır.