Bugünkü görünümü ile Klasik Osmanlı yapısı özelliği gösteren cami, kaynakların verdiği bilgilere göre üç defa yapılmıştır. İlk olarak 1214 tarihli Devlet Hatun’un vakfiyesinde adı Şerefeddin mescidi olarak geçmektedir. Selçuklu devrinde XIII. yüzyılın başlarında Çeşnigir Şerafeddin Osman tarafından yaptırıldığı belirtilmektedir. İlk yapının plan düzeni hakkında herhangi bir malumat yoktur. Ancak çinilerle süslü olduğu ve eski yapının çinilerinin günümüzdeki caminin dış yüzünde kullanıldığı ifade edilmektedir. İlk yapının bir deprem neticesinde harap olduğu, yerine Karamanoğlu devrinde ikinci caminin yapıldığı kayıtlardan bilinmektedir. 1444 yılında II. İbrahim Bey tarafından yapıya vakıflar bağlanmıştır. Zamanla harap olan ikinci cami yıkılarak yerine şimdiki cami yaptırılmıştır. Günümüzdeki Osmanlı dönemine tarihlenen caminin inşa kitabesi olmadığı için ne zaman yaptırıldığına dair kesin bir bilgi mevcut değildir. Ancak camiye ait 1637 tarihli vakfiye vardır. Vakfiyeler genelde yapıların inşaat faaliyetleri bitirildikten sonra düzenlendiği için 1637 yılından önce yapılmış olması gerekmektedir. Bundan dolayı vakfiyesinden hareketle XVII. yüzyılın başında yapılmış olabileceği belirtilmektedir. Yerel bir zengin olan Mehmed Çavuş oğlu Memi Bey tarafından inşa ettirildiği ifade edilse de yaygın görüş II. Selim tarafından Konya Valiliği esnasında cami yapımına başlandığı, hükümdarlığı döneminde bitirildiği şeklindedir. İlk camiden kalan minare 1847 yılına kadar varlığını korumuştur. İnce Minareli Medrese’deki minare gibi çift şerefeli ve çini süslemeli olduğu kaydedilmektedir.

Cami, tek yönden yarım kubbe ile desteklenen merkezi kubbeli plan şemasındadır. Kare planda tasarlanan harimin merkezini haçvari kesitli dört serbest fil ayağından atılan dört büyük kemerin taşıdığı merkezi kubbe örtmektedir. Kubbeye geçişlerde pandantifler görülmektedir. Merkezi kubbeyi güney yönde yarım kubbe genişletmektedir. Fil ayakların arasında güney yönü dışındaki üç yönde altta ikişer sıra ayak, üstte beşer sıra sütun yer almaktadır. Bunlar birbiri arasına ve duvarlara atılan sivri kemerlerle birbirine bağlanmıştır. Güneybatı ve güneydoğu köşelerde oluşan kare birimlerin üzeri küçük kubbelerle örtülmüştür. Merkezi kubbe, güney haricindeki diğer üç yönde “U” şeklinde 11 kare birimle çevrelenmektedir. Bu kare birimlerin her biri çapraz tonozlarla kapatılmıştır. Mihrabın yer aldığı alan kütle halinde dışa taşırılmış üzeri küçük yarım kubbe ile örtülmüştür. Harimin kuzeydoğu ve kuzeybatı köşeleri bir kemer gözü genişliğinde dışa taşırılmıştır. Bu alanların üzeri de küçük kubbelerle örtülmüştür. Alt sıra ayakların üzerinde harimi “U” şeklinde saran galeri katı yer almaktadır. Galeri katına kuzeydoğu ve kuzeybatı köşelerdeki merdivenlerle çıkılmaktadır. Mermerden yapılan mihrabı ve minberi sade tutulmuştur. Harimde duvarların üst kısımları ile üst örtü kalemişi süslemelerle bezenmiştir. Harimde perde duvarlara çok sayıda pencere yerleştirilmiştir. Caminin ana giriş kapısı mihrap eksenindeki cümle kapısıdır. Bunun yanı sıra doğu ve batıda da giriş kapıları mevcuttur.

Camide farklı inşa teknikleri bir arada görülmektedir. Kesme taş örgünün yanı sıra almaşık örgü de karşımıza çıkmaktadır. Harimin kuzeyinde yedi gözlü bir son cemaat yeri mevcuttur. Son cemaat yeri harim ile aynı genişliğe sahiptir. Doğu ve batı cepheleri beden duvarının uzatılması ile meydana getirilmiştir. Bu cephelere birer pencere açılmıştır. Altı sütundan atılan sivri kemerlerle üst örtü taşınmaktadır. Son cemaat yerinde ortadaki kemer gözü dışındaki hepsi kubbe ile örtülmüştür. Ortadaki kemer gözü ise içten tekne tonoz dıştan kubbeli bir yapıya sahiptir. Minare, harimin doğusunda cepheye bir yüzü bitişik yapılmıştır. XIX. yüzyılın sonlarında yeniden yapılan minare; kare kaideli, silindirik gövdeli tek şerefeli minare taş malzemeden yapılmıştır. Şeraffettin Camii’nin güneyinde ilk caminin banisi Şeyh Şerafettin’in medfun olduğu bir türbenin olduğu bu türbenin 1925 yılında belediye tarafından istimlak ettirilerek yıktırıldığı bilinmektedir. 2003 yılında buradaki türbede kazı çalışması yapılmış, daha sonra özgün planına bağlı kalınarak yeniden bir türbe inşa edilmiştir. Günümüzdeki türbenin tarihi ve sanatsal bir değeri yoktur. Camide 2017 yılında başlanan restorasyon çalışmaları günümüzde de devam etmektedir.