Ankara’nın Ulus semtinde Augustus Meydanı’nda yer alan Augustus Tapınağı’nın bitişiğinde bulunmaktadır. Cami; taş kaideli, tuğla duvarlı ve kırma, kiremit çatılı bir yapıda olup planı, uzunlamasına dikdörtgen şekillidir. Doğusunda bir Roma harabesi olan Augustus Tapınağı duvarına, güneyinde ise Hacı Bayram Veli Türbesi’ne dayanmakta olan cami; çeşitli dönemlerde birtakım onarımlar geçirmiş ve bazı ilavelerle bugünkü görünümüne ulaşmıştır.

Caminin adını da aldığı, güney duvarına bitişik olan türbe; 1429 yılında yapıldı. Türbenin güneydoğu duvarında kare plana sahip taş kaideli, silindirik tuğla gövdeli ve iki şerefeli minare yükselmektedir. İlk inşa edilme tarihi H.831/ M.1427-28 olarak kabul edilen Cami, Bayramiyye Tarikatı’nın kurucusu olan Hacı Bayram Veli Hazretlerinin 1429 yılında vefat etmesi ve bu türbeye defnedilmesiyle önemli bir ziyaret merkezi haline gelmiştir. Cami; tavan, mihrap-minber işçiliği süslemesi, müezzin mahfili ve altındaki çinileriyle XVII. ve XVIII. yüzyıl camilerinin karakterini taşımaktadır.

Hacı Bayram-ı Veli’nin torunlarından Mehmet Baba tarafından H. 1126/ M.1714 yılında tamir ettirildiği bilinmektedir. Caminin güney duvarında yer alan pencerenin üzerindeki kitabeler de bu onarımın geniş kapsamlı olduğunu göstermektedir. Onarım sırasında haremin kuzeyindeki fevkanî mahfil kemerler üzerinde batıya doğru genişletilmiş; mihrabın, minberin ve haremdeki süslemeleri de yenilenmiştir. Külliyenin tarihçesiyle ilgili bazı kaynaklara göre cami III. Mustafa devrinde (1757-1774) de bir onarım geçirmiştir. Ancak bu hususa dair mimari bir kanıta rastlanmamaktadır. Bilinen ikinci onarım, 1940-1941 yıllarında Vakıflar Genel Müdürlüğü tarafından yapılmış olup, mimar Alâeddin Bey ile gerçekleştirilmiştir. Bu onarımda ise yapının planı ve üstyapısı büyük ölçüde korunarak haremin yarıdan fazlasını kaplamakta olan son cemaat yerinde ve batı cephesinde değişiklik yapılmıştır. Ancak cephelerdeki doku ve detayların onarımında aslına sadık kalınmamıştır. 1960’larda yapılan bir diğer onarımda da caminin kuzey (giriş) cephesinde mimari kimliğe uygun olmayan değişiklikler yapılmıştır. Buna göre caminin mimari özellikleri incelenirken 1940-1941 onarımından önceki durumunun esas alınması gerekmektedir.

Caminin alt pencereleri demir parmaklıklı ve dikdörtgen şeklindedir. Üst pencereler ise sivri kemerli, alçı şebekeli ve vitraylıdır. Pencerelerin etraflarında kalem işi bitki desenleri bulunmaktadır. Kuzey duvarı, haremi son cemaat yerinden ayırmaktadır. Duvarın önünde girişin iki yanında birer mahfil uzanmaktadır. Bunların zemini bir sekiyle yükseltilmiş olup ahşap korkuluklarla sınırlandırılmıştır. Batıdaki mahfil, müezzin mahfili olarak kullanılmaktadır. Son cemaat yerinin güneye bakan çıkıntı duvarında sülüs yazıyla Kelime-i Tevhid yazılıdır. Yazı, yeşil sırlı tuğlaya benzer yağlıboyayla yazılmıştır. Harem tek sahınlı, ahşap tavanlı ve kasetleme işçiliği ile yapılmıştır. Tavanın ortasında altı sıra çiçekli bordürle çevrelenmiş altıgen biçimli büyük rozet bulunmaktadır. Kuzeyde bulunan kadınlar mahfilinin batısındaki ek mekân tavanının ortasındaki dikdörtgen panoda da aynı rozet daha küçük ölçekli olarak bulunmaktadır. Caminin iç mekân tavanında bulunan çiçek desenli pervazların aynıları kadınlar mahfilinde de kullanılmıştır. Haremde duvarlar pencere üstlerine kadar, yenilenmiş olan çinilerle kaplıdır. Müezzin mahfilinin altında XVIII. yüzyıla ait Kütahya çiniler mevcuttur.

Halvethâne (çilehâne) birimleri; cami zemininin altında bulunmakta, hareminin tasarımı ve süslemeleriyle, bu yapının tekke mimarisiyle olan bağlantısını güçlendirmektedir. Son cemaat yerinin doğusundaki merdivenlerle önce mescid niteliğindeki mekâna inilmektedir. Buranın batı duvarından abdest alma yerine, güney duvarından ise dar bir koridora geçilmektedir. Güney duvarında küçük bir mihrap bulunmakta ve koridorun doğusunda dört adet halvethâne sıralanmaktadır.

Ankara’nın Ulus semtinde, Bayram Sokağı’nda yer alan caminin doğusunda August Tapınağı ve güneyinde ise Hacı Bayram-ı Veli Türbesi bulunmaktadır. Yapı, kuzey-güney doğrultusunda derinlemesine dikdörtgen plana sahiptir. Üzeri düz ahşap tavan üzerine kiremit çatı ile örtülüdür. Cami harim kısmına girişi sağlayan doğu, batı ve kuzey cephelerinde üç adet girişe sahiptir. Batı kapısı, kuzey-güney doğrultulu sonradan kapatılarak cami bünyesine kazandırılan yan mekâna açılmaktadır. Harimin kuzeyinde doğu-batı yönünde dikdörtgen planlı düz tavanlı ve revak yönündeki son cemaat mahalli caminin orijinal son cemaat mekanıdır. Daha sonra bu bölümün devamına 1970 yılında iki katlı enine iki sahınlı betonarmeden bir son cemaat yeri daha ilave edilerek, batı tarafının güney duvarındaki kemer açıklığının kapatılmasıyla da batı cephede bir son cemaat yeri daha oluşturuldu. Yapını kare kaideli duvara gömmeli iki şerefeli minaresi Hacı Bayram Veli türbesinin güneydoğu köşesinde yer almaktadır. Camide malzeme olarak temelde taş, duvarlarında tuğla malzeme kullanılmışken; minarede ise kaidede taş, gövdede tuğla ve taş malzeme kullanıldı. Yapı kitabesi olmamasına rağmen Hacı Bayram Veli hazretleri ölmeden iki yıl önce H.831/M.1427-28 yılına tarihlendirilmektedir. Eserin ustası ya da mimari bilinmemektedir. Vakfiyesi olmayan yapının bu vakfiye yerine geçen Vakıflar Genel Müdürlüğü arşivinde sarı evvel 485 numaralı defterin 312. sayfasında H. 1194/M. 1782 tarihli bir ilamı mevcuttur. Cami yapıldığı dönemden itibaren pek çok defa onarıma tabi tutuldu. Kıble tarafındaki pencerelerin üzerinde iki kitabeden anlaşıldığına göre cami Hacı Bayram Veli’nin torunlarından birisi olan Mehmet Baba tarafından M. 1714 yılında onarım gördü. Ayrıca yapı 1941 yılında Vakıflar Genel Müdürlüğü tarafından da onarıldı. Yapının son cemaat mekanının güneye bakan çıkıntılı duvarında yeşil renk yağlı boya ile sülüs Kelime-i Tevhid yazılıdır. 
Yapının kuzey cephesinde; kuzey giriş kapısı bulunan cephe,1970 yılında orijinal son cemaat yerinin önüne eklenen betonarme ön mekândır. Düzgün tuğla örgü ile kaplanmış cephe iki katlı bir görünüme sahiptir. Cephede alt bölümünde tuğlaların dizilişiyle oluşturulmuş, duvar yüzeyinden çökertilerek yerleştirilmiş beş adet sağır sivri kemer bulunmaktadır. Batı cephenin köşesinde devam eden son cemaat yerinin revağına açılan, dikdörtgen ayağa atılan bir adet sivri kemerli açıklık yer almaktadır. Beş sağır kemerin ortasında kuzey giriş açıklığı yerleştirilmiştir. Kapının doğusundaki iki sağır kemeri içine birer adet, batısındaki iki sağır kemer içine birer adet olmak üzere dört adet pencere vardır. Cephenin üst kısmında alttaki sağır kemerlerin üstüne aynı düşey aksta yerleştirilmiş beş adet sağır sivri kemer bulunmaktadır. Batı köşesindeki sivri kemer açıklığının üzerinde de bir adet sağır sivri kemer duvar yüzeyinden çökertilerek yerleştirilmiştir. Bu kemerler alt kattaki sağır kemerlere oranla daha dar ve yüksektir. 
Yapının batı cephesi kademeli olarak, caminin harim duvarından dışa doğru taşırılmış olan bu cephe eskiden caminin orijinal son cemaat yerinin olduğu cepheydi. Fakat 1970’lerdeki onarımlarla kemerler arasına duvar örülerek kapatıldı ve bir yan sahın elde edildi. Bu cephenin kuzey köşesine doğru olan kısımda üç yuvarlak kemerli açıklık yer almaktadır. Yapıya sonradan eklenen son cemaat mahallinin yuvarlak kemerli açıklıklarının arkasında sağır sivri kemerler içerisine açılan üç adet alt pencere, batı cephedeki giriş kapısının kuzeyine yerleştirilmiştir. 
Yapının güney cephesine türbe eklenmiştir. Türbenin güneydoğu köşesinde kesme taş, yüksek kaideli, tuğla gövdeli minare bulunmaktadır. Güney cepheden batı cephedeki dışa doğru taşıntı yapan ve 1970’te kapatılan son cemaat mahallinin revak kısmı ve onun üstünde duvar bulunmaktadır. Caminin doğu cephesinin önünde August Tapınağı’nın duvarı bulunmaktadır. Türbe ve harimin birleştiği köşede, caminin duvarına bitişik olarak tapınağın duvar kalıntıları yer almaktadır. 
Cami XV. yüzyılda inşa edilmesine rağmen dönem özelliklerini tamamen yitirerek; daha sonraki dönemlerdeki onarımlarla yeni bir strüktüre ve süsleme programına sahip oldu. Caminin dış cephelerindeki tuğlalar onarımlarla yenilendi. Bugün halen ibadete açık olan cami ilk gün ki işlevini korumaktadır.