Caminin günümüze ulaşan iki tane kitabesi bulunmaktadır. Mimarı Hacı bin Musa (Osmanlı mimarisinin adı bilinen ikinci mimarı) olan caminin yapımına Vezir Çandarlı Halil Hayrettin Paşa tarafından 1378-79 yıllarında başlanmış ve Paşa’nın ölümünden sonra (öl. 1386) oğlu Vezir-i Azam Ali Paşa tarafından 1391-92 yılında camii bitirilmiştir.

Yeşil Camii, Osmanlı mimarisinde merkezi kubbeli yapıların anıtsal nitelik taşıyan ilk temsilcisidir. Yapı, son cemaat yeri olan dikdörtgen bir ana mekândan oluşmaktadır. Ana mekânı iki sütuna oturan üç kemer açıklığı ile kuzeye doğru genişletilmiştir. Ana mekânın kuzeye doğru uzatılarak genişletilmesi, ilk kez bu yapıda ortaya çıkmıştır. Son cemaat yerinin yapının içinde yeniden tekrarlanması, camiye dışarıdan anıtsal bir görünüm kazandırmıştır.

Yapının hemen her yerinde mermer kabartmaların yer aldığı taş süslemeler göze çarpmaktadır. İçerisinde yoğun biçimde işlenmiş olan mihrap, Erken Osmanlı dönemi taş işçiliğinin önemli örneklerinden biri olarak görülmektedir. Caminin cephelerinde, sarımtırak tonda iri mermer blokları ile meydana getirilmiş kesme taş işçiliği görülmektedir. Giriş kısmını çevreleyen korkuluk şebekeleri, mermerden, ajurlu olarak işlenmiş ve geometrik desenlerle bezenmiştir. Bu şebekeler Kurtuluş Savaşı’nda Yunan işgali sırasında tahrip edilmiştir. 1961’den sonra yapılan restorasyon çalışmalarında, yapının eski resimlerindeki orijinallerine göre yeniden yapılmışlardır. Çini süsleme sadece minarede kullanılmıştır.

Camii adını minaresindeki yeşil, mor, kobalt mavisi ve firuze renkli çinilerinden almıştır. Süsleme motifinin desenini, geometrik geçmeler oluşturur. Çinilerin büyük kısmı restorasyon sırasında yenilenmiştir. Sadece alt bölümler orijinaldir. Bu çinili minare, Orta Asya’dan beri Türklerle Batı’ya doğru gelen Selçuklu minare geleneğinin ilk dönem Osmanlı sanatında sürdürülen çok güzel bir örneğidir.