Bir vakfiyeye göre, caminin bulunduğu yerde 1429 yılında bir cami yer alıyordu. 1899 yılında yapının çürüyen kısımlarının yenilenmesi amacıyla damı açıldığında, tavanı taşıyan direklerin büyük bölümünün çürüdüğü tespit edildi. Bunun üzerine yapı tamamen yıktırıldı. II. Abdülhamid’in tahta çıkışının 25. yılı anısına, Ayasofya’ya benzer kargir ve çok kubbeli bir cami yapılmasına karar verilerek inşaata başlandı.
1904 yılında tamamlanan bu caminin duvarları kövkeden inşa edildi. Ancak 1914 yılındaki büyük depremde yapı yıkıldı. Bunun ardından 1922 yılında bugün ayakta olan cami inşa edildi.
Kuzey-güney doğrultusunda dikdörtgen planlı olan caminin kuzeybatı köşesinde bir minaresi bulunuyor. Doğu ve batı cephelerinde alt ve üstte beşer, güney cephesinde altta ve üstte dörder, kuzey cephesinde ise altta dört, üstte beş kemerli pencere açıklığı yer alıyor.
Harimde, kadınlar mahfilinin bulunduğu bölüm dışında çatı örtüsü; ortada merkezi bir kubbe, dört yanında birer elips ve köşelerde birer küçük kubbeden oluşuyor. Kadınlar mahfili üstü ise ortada elips, iki yanda küçük kubbelerle örtülü. Örtülere geçiş, alttan sütunlara oturan sivri kemerler ve pandantiflerle sağlanıyor. Merkezi kubbede sekiz pencere açıklığı bulunuyor.
İç mekânda özellikle örtü ve pandantif yüzeylerindeki kalem işi süslemeler ile madalyonlar öne çıkıyor. Mihrabı sivri kemerli bir kavsaraya sahip.
Caminin kuzey cephesinin batı ucunda, yapıdan bağımsız konumlanan minarenin kaidesi pabuç bölümüne kadar üç aşamalı. Subasman seviyesinde kare planlı olan kaide, köşelerde pahlanarak sekizgene dönüştürülmüş, ardından üç bilezikle daraltılmış. Bu bölümde taş aralarında yer yer üç sıra tuğla hatıllar görülüyor. Bileziklerin alt seviyesinde akantus yapraklı devşirme friz parçası bulunuyor. Sekizgen kaideden, köşeleri pahlı bir pabuçla onaltıgen gövdeye geçiş sağlanmış. Gövdede iki taş bilezik yer alırken, şerefe altı mukarnaslı ve korkulukları geometrik taş süslemeli. Petek üzerinde yükselen külah ise kurşun kaplama.
Tarihi süreçte yıkımlar ve yeniden inşalar yaşayan Kutlubey (Ulu) Camii, bugün Isparta merkezinde varlığını sürdürmeye devam ediyor.
