Tebriz Kapı semtinde, Çifte Minareli Medrese’nin kuzeybatısında yer almaktadır. Cami, Saltuklular döneminde 575 H./1179 M. tarihinde Ebu’l Feth Melik Muhammed tarafından yaptırılmıştır. İlk inşasından sonra Osmanlı ve Cumhuriyet döneminde büyük çaplı onarımlar geçirerek günümüze ulaşmıştır. Evliya Çelebi 1640 yılında Erzurum’a yaptığı seyahatinden bahsederken Ulu Camii’den de söz ederek 200 ahşap direk üzerine oturduğunu dile getirmiştir.

Ulu Camii, 54x42 metre ölçülerinde dikdörtgen bir plan düzenine sahip olup, harim kısmı mihraba dik yedi sahından müteşekkildir. Yapı, üçü kuzey, ikisi de doğu cephede olmak üzere toplam beş giriş kapısına sahiptir. Kuzey cephenin tam ortasına açılmış olan ana giriş, kademeli profillerden basık kemerli olarak düzenlenmiştir. Ana girişin sağında mukarnas kavsaralı, solunda ise eyvan türü girişler dikkati çekiyor. Ana girişten geçtikten sonra ulaşılan harim kısmının orta sahnı, diğer sahınlardan daha geniş olup, farklı örtüler kullanılması ile dikkati çekmektedir. Zira orta sahın, ana girişten itibaren mihrap ekseninde beş ayrı örtüye sahiptir. Bunlardan giriş yönündeki iki örtü beşik tonoz, ardından mukarnaslı tonoz, devamında aynalı tonoz ve bunu da mihrap önündeki kubbe örtü takip etmektedir. Mihrap önü kubbesinin ahşaptan ve kırlangıç (karlanguç) örtü biçiminde düzenlenmiş olması, Erzurum ve Bayburt çevrelerindeki bir mimari geleneğin köklerini yansıtmaktadır. Caminin diğer sahınlarında beşik tonoz ve sivri beşik tonoz örtüler vardır. Ulu Camii’de örtüleri taşıyan ayaklar da form olarak dikkat çekicidir. Zira “L”, “T” ve kare kesitli ayaklar, taşıyıcı unsurlarda da çeşitliliğe ve zenginliğe önem verildiğini göstermektedir.

Ulu Camii’nin harim kısmının güneyinde yer alan mihrap nişi mukarnas kavsaralıdır. Ana mihrabın doğu ve batı yönlerinde mukarnas kavsaralı tali mihrap nişleri açılmıştır. Ulu Camii’nin kuzeydoğu ve kuzeybatı köşelerinin sokağın durumuna uyum sağlamak için pahlanmış olması dikkat çekicidir. Yine kuzeybatı köşede camiyle bitişik ve Osmanlı döneminden kalma çeşme yer almaktadır. Erzurum Ulu Camii’nin dikkat çekici unsurlarından biri de, silindirik gövdeli minaresidir. Minarenin kaidesi taştan, gövdesi ise tuğladan inşa edilmiştir. Yirmi altı metre yüksekliğe sahip minare gövdesinde, tuğlaların sepet örgü biçiminde dizilmesi dikkatleri çeker. Minarenin silindirik gövdesinden sonra gelen şerefe kısmı taş malzemeli olup, şerefe altı mukarnas dizisi ile hareketlendirilmiştir. Erzurum Ulu Camii, Erzurum’un önemli tarihi kültür varlıklarından biri olup, yörenin turizm potansiyeli içerisinde sembol yapılardan biridir.

1179 yılında Saltuklu Emiri Nasreddin Aslan Mehmet tarafından yaptırılmıştır. Mimarının kim olduğuna dair kesin bilgi bulunmamaktadır. Cami Atabey Camii olarak da bilinmektedir. Erzurum Ulucaminin Atabeg Camii ya da Atabey Camii diye adlandırılmasının sebebi, Sultan Atabeg Kızıl Arslan’a duyulan bağlılık ve hürmetten dolayıdır. Caminin bugünkü hali orijinal halinden çok çok uzaktır. Birden fazla tadilat gören cami ilk günkü görünümünü kaybetmiştir.

Cami, Selçuklular döneminde yapılan diğer ulucamilerin tüm özelliklerini yansıtıyor. Kare planlı ve yedi neften oluşan caminin doğuda iki, kuzeyde üç olmak üzere toplam beş kapısı bulunmaktadır. Caminin üç kubbesi vardır. Ortada bulunan geniş nefin önünde bir ahşap kubbe bulunmaktadır. Bu kubbenin örgüsü halk arasında kırlangıç örgü olarak bilinen ahşap örtüdür. Kırlangıç örtüden doğu, batı ve güney yönlere açılan üç adet küçük pencere vardır. Kuzey yöne açılan pencere yoktur. Kırlangıç örtünün kuzey yöndeki bölümüne düşen ve cami içinden bu bölüme bakıldığında ikinci germesi üzerinde; caminin yapılış tarihi olan 1179 yılının kızgın şiş kullanılarak ahşap üzerine Arapça rakamlarla yazıldığı görülmektedir. Güneyden kuzeye doğru Kırlangıç kubbe ile Mukarnas taş oyma kubbe arasında yer alan ikinci kubbe, tavanında yer alan ve gökyüzüne açılan penceresi ile caminin aydınlanma unsurlarından birini oluşturmaktadır. Bunlara ek olarak 6.000 kişinin aynı anda bulunduğu kapalı mekânda ses iletişimini daha sağlıklı kılmak için caminin tam orta bölümüne Mukarnas Kubbe yerleştirilmiştir. Kıble yönünden birinci sırada kırlangıç kubbe, ikinci sıradaki orta kubbeden sonra üçüncü kubbe olan ve bulunduğu konum itibarıyla de caminin tam orta mevkiine denk düşen mukarnas işlemeli kubbe üzerinde de tam gökyüzüne açılan bir pencere vardır. Bu kubbe sayesinde hem caminin aydınlanması hem de mevcut sesin 10 kat daha yüksek tonda yayılması sağlanmıştır. Aritmetik olarak hesaplanıp sert kaya zemin üzerine kendine özgü şekillerin işlenerek yapıldığı ve sadece Erzurum Ulucami’de bulunan bu mukarnas örtü şeklinin bir benzeri başka bir yapıda yoktur. Kıble duvarında üç tane mihrap vardır. Ortadaki imama aittir. Sağda ve soldakiler ise cami içerisinde her ne kadar akustik mimari ses sistemi olsa bile ses iletiminin yeterli gelmeyeceği düşüncesi ile imamın namaz anındaki tekbirlerini tekrarlayarak bulundukları yerden cemaate duyuracak kayyım denilen müezzin yardımcılarının yer aldığı Mihrabiye' lerdir.

Günümüzde cami, Erzurum şehir merkezi üzerindeki Cumhuriyet Caddesi'nin üzerinde Çifte Minareli Medrese’nin batısında yer almaktadır. Cami bulunduğu konum itibariyle merkezi bir noktada olup özellikle turistler tarafından sıklıkla ziyaret edilmektedir.

Erzurum Ulu Camii (Atabey Camii), bazı kaynaklarda Atabek Camii olarak da geçmektedir. İnşa tarihi net olmamakla birlikte caminin 1179 yılında yaptırıldığı kabul edilmektedir. Bu cami Saltuklular devrinde Melik Nasırüddin Muhammed tarafından yaptırılmıştır. Melik Nasırüddin Muhammed Emir İzzettin Saltuk’un oğlu olarak bilinmektedir.

Tarihsel süreç içerisinde cami bir dizi onarımlar geçirmiştir. Camide bulunan kitabelerden edinilen bilgilere göre yapıda ilk restorasyon çalışmaları 1629 yılında Nasuh Paşazade Hüseyin Paşa tarafından başlatılmıştır. Camide belirli aralıklarda restorasyon çalışmaları yapılmıştır. Son restorasyon ise 1860 yılında Sultan Abdulmecid döneminde İbrahim Ethem Paşa tarafından yaptırılan çalışmadır. 

Ulu Camii (Atabey Camii) sahip olduğu plan ve mimari açısından Anadolu’nun en büyük ve en önemli camilerinden biri durumundadır. Evliya Çelebi 1640 yılında Erzurum’a gelip Ulu Cami’yi gördüğünde “200 ahşap direk üzerinden yükseldiğinden” bahsetmiştir. Ancak bu durumun gerçekliği konusunda kesin bir bilgi bulunmamaktadır. Günümüzde cami 54 X 41.70 metre boyutlarındaki bir alanda bulunmaktadır. Mihraba dik olarak oluşturulmuş yedi sahından oluşan yapıyı taşıyan ayaklar L ve T şekillerinde, kare ve dikdörtgen olacak şekilde inşa edilmiştir. Caminin üç tane kuzeyde, iki tane de doğuda olmak üzere toplam beş giriş kapısı bulunmaktadır. 

Caminin mihrap bölümü taş malzeme kullanılarak oluşturulmuştur. Mihrabı çevreleyen bordürlerde bezeme olarak sonsuzluk ilkesine uygun olarak geometrik motifler kullanılmıştır. Camide ana mihrabın dışında güneydoğu ve güneybatı köşelerinde de birer tane mihrap nişi bulunmaktadır. Kuzeydoğu köşesinde ise iki renkli taş işçiliğiyle oluşturulmuş bir niş ve nişin yanından merdivenle çıkılan bir çile odasına yer verilmiştir. 

Caminin 25.5 metre yüksekliğindeki minaresi kare kaide üzerinde yükselen silindirik bir gövdeye sahiptir. Caminin kuzeybatısındaki köşede bulunan minarenin kaide kısmında hem moloz ve hem de kesme taş malzeme kullanılmıştır. Minare gövdesinin alt kısmı kesme taş, üst kısmı tuğla ile inşa edilmiştir. Petek bölümünde ise tuğla malzeme tercih edilmiştir. Günümüzde hala aktif olarak kullanılan Ulu Camii Erzurum tarihinin ve İslam kültürünün önemli eserlerden biridir.