Osmanlı’nın Batılılaşma süreci içerisinde XIX. yüzyılda selatin cami olarak inşa edilen Nusretiye Camii, halk arasında Tophane Camii olarakta adlandırılmaktadır. Bulunduğu Bölgede III. Selim tarafından yaptırılan Tophane-i Amire, Arabacılar Kışlası ve camide yer almaktadır. Bu camii 1823 yılında ortadan kalkmış ve yerine II.Mahmud tarafından 1823-26 yılları arasında Nusretiye Camii yapılmıştır.
Ampir üslubun yoğun olarak hissedildiği camide ayrıca Barok ve Rokoko üslubundan esintilerde görülmektedir. Bu nedenle eklektik yani karma bir üslup sergilemektedir.
Cami, 1955, 1958, 1980 ve 1992 yıllarında kapsamlı bir onarım geçiren son olarak 2000’li yıllarda restore edilmiştir. Yapı ilk inşa edildiğinde etrafı yüksek bir avlu duvarı ile kuşatılmıştı ve bu avluya açılan büyük kapılar ile girilmekteydi. Geçtiğimiz yıllarda cadde düzenlemesi nedeniyle avlu duvarı yıktırılarak daha alçak bir avlu duvarı çektirilmiştir. Caminin hemen sol yanında yer alan muvakkithanenin aslında caddenin karşısında olduğu ve sonradan buraya taşındığı beilinmektedir. Ayrıca caminin yanında Sultan II. Abdulhamid tarafından İtalyan Mimar Raimondo D’aronco’ya yaptırılan çeşme 1956 tarihinde yerinden söktürülerek Maçka’daki İstanbul Teknik Üniversitesi binasının karşısında taşınmıştır.
Batılışlama döneminden itibaren görmeye başladığımız yüksek platform üzerinde yükselen cami dikdörtgen planlı ve tek kubbeli bir plan şeması sergilemektedir. Yapının tek kubbesini, dört yöndeki kemerler ve ağırlık kuleleri ile taşınmaktadır.
Kubbenin kare bir alana oturtulması için harimin kuzey cephesine boydan boya tonozlu bir mekâna yer verilmiştir. Kuzey cephe de yanlarda ise çapraz tonoz örtülü galerilere yer verilirken mihrap önü bölümü geleneğe bağlı kalınarak dışa bu keza yarım yuvarlak olarak taşıntı yapmaktadır. İki yanda iki katlı olarak sivil mimari özelliklerini yansıtan ve 19.yy camilerinin genel özelliği olan Hünkâr Kasrı bölümü yer almaktadır.
Dıştan dekoratif düzenlenmiş dört büyük kemer üzerine oturan ve pandantiflerle geçişi sağlanan kubbe yine dıştan bir dizi alemle çevrelenerek etkili bir görünüm kazanmış, köşelerde armudî formlu ağırlık kuleleri yer almıştır. Harim çapraz tonoz örtülü birimlerle kuzeye doğru genişletilmiştir. Dışta iki yan cephede çapraz tonozlarla örtülü sofalar (galeri) vardır. Daha önce yapılan Nuruosmaniye Camii‟nde olduğu gibi kıble tarafında üzeri yarım kubbe ile örtülü olan, dışarıya taşkın beş kenarlı bir çıkıntı içine mihrap yerleştirilmiştir.
Harim kubbe eteğindekilerle birlikte beş sıra pencere ile aydınlatılmıştır. Mihrap, minber ve vaaz kürsüsü mermer olup devrin karakteristik özelliklerini yansıtır. Üst sıra pencere çevreleriyle kemer içlerinde, pandantiflerde ve kubbe içinde kalem işi süslemeler mevcut olup bunlar 1990‟lı yıllarda yenilenmiştir. Caminin içinde ve dışında çok zengin bir süsleme bulunmakla beraber bunların arasında Türk motiflerinden hiçbir şey yoktur.
Caminin bütününde Avrupa‟nın barok ve Ampir üslûplarının karma bir şekilde uygulandığı görülür. Caminin yükseltilmiş olması, cephenin biçimlenişinde kubbenin oturma şekli, kemer formları, kasnaktaki dış bükey bölümler, Barok özellik olarak karşımıza çıkarken, Hünkâr Kasrı‟nın düzenlenmesinde Ampir üslup ortaya koymaktadır. Eklektik bir özellik ortaya koyan cami genel itibariyle düşey çizgilerin hakim olduğu Barok bir özellik ortaya koymaktadır. Minareler ise yapılan son restorasyonla bugünkü görünümünü almıştır.
