Giriş kitabesine göre cami 1544 yılında İstanbul Emini İshak Efendi tarafından yaptırılmıştır. Zaman içinde onarımlar ve genişletmeler geçirmiştir.

Özgün unsurlar arasında tuğla minare ile güneydeki iki kubbeli bölüm öne çıkar. Yapı, farklı dönemlerde yapılan eklerle bugünkü biçimine ulaşmıştır.

Cami 762 m2 arsa üzerine yapılmış olup, iç alanı 450 m2'dir.İbadet kapasitesi de 600 kişidir. Zaten caminin yapılış planına bakıldığında farklı bir plan uygulanmıştır. Şöyle ki; genelde camilerin yapılış planına göre, ana giriş kapısı kıblenin, mihrabın karşısındadır. Yani kuzeydedir. Hâlbuki bu caminin giriş kapısı diğerlerinden farklı olarak batı taraftadır, yan kısımdadır. Aynı kilise mimarisinde olduğu gibi.

Caminin tamiri ise Emir İshak tarafından M.950 / H.1530 tarihinde yapılmıştır. İshak Bey, Kanuni Sultan Süleyman'ın komutanla­rındandır. Turhal'a Abaza Mehmet Paşa'nın cezalandırılması için gelmişti. Caminin bakımsız durumunu görünce tamir ettirmeye karar verip, tamir ettirmiştir. Bu konudaki kitabe caminin iç giriş kapısının üzerindedir. Yanına ilave bölüm yapıldığı için kitabe içeride kalmıştır.

Çukurda kaldığı ve zeminden su çıktığı için, H:1319/M: 1802 yılında zemin toprakla doldurulmuştur. Almus barajı yapılana kadar Yeşilırmak sık sık taşardı. Ekili alanlara ve yerleşim yerlerine çok zarar verirdi. Taşıdığı zaman Ulu caminin duvarının dibine kadar ulaşırdı. Yeşilırmağın taşması son bulduğu için günümüzde tekrar eski haline getirilmiştir. Bugün ana camiye girmek için merdivenle aşağı doğru inilerek girilmektedir. Ana caminin arkasındaki asma katta kaldırılmıştır.

İki kubbelidir. İkişer basık kemerle doğu-batı yönünde genişletil­miştir. Cami girişindeki bölüm sonradan ilave edilmiştir. 1939 depreminde ( halk arasında büyük zelzele denir) minarenin şerefe üzeri yıkılmıştır. Şerefe tamir edilirken biraz da uzatılmıştır. Turhal'ın en eski camisidir. İkinci Dünya Savaşı sırasında camide atlı askerler ağırlanmıştır.1951 yılında tamir edilerek tekrar ibadete açılmıştır. 2006 yılında Vakıflar Genel Müdürlüğü tarafından restorasyonu yapılarak tekrar hizmete sunulmuştur.