Külliye, şehrin merkezî bir kesiminde ve ticaret bölgesinin hemen hemen içinde, Büyük Çarşı‟ya (Kapalı Çarşı) komşu olarak I. Mahmud tarafından (19 Ocak 1749) temeli atılarak inşasına başlanmışsa da onun ölümü üzerine kardeşi III. Osman tarafından bitirilmiş ve açılışı (5 Aralık 1755) yapılmıştır. Kitâbede de kurucu olarak III. Osman‟ın adı geçmektedir.
Nuruosmaniye Camii ile etrafındaki ek yapılar, Târîh-i Câmi-i Şerîf- i Nûr-i Osmâniyye başlıklı bir risâle kaleme alan bina emini Ahmed Efendi‟nin idaresinde Simeon (Simon) Kalfa tarafından yeni bir sanat akımına uygun biçimde inşa edildiği söylense de bu kişi birinci derecede inşaattan sorumlu değildir. Caminin müştemilâtı ile birlikte düzenlemesi klasik dönem selâtin külliyelerinden çok farklı olarak düşünülmüştür.
Nuruosmaniye Külliyesi cami, hünkâr kasrı, medrese, kütüphane, türbe, sebil, çeşme, aşhaneimaret ve dükkânlardan meydana gelmiştir. Caminin iç süslemesindeki hat sanatı önemli bir yer tutar. Caminin levhalarını yazan Hat Sanatı içinde Enderunlu Hattat Bursalı Ali Efendi‟nin adı minberin arkasındaki pencereler üzerinde yer alır. Hadikada Mehmet Rasim, Fahrettin Yahya ve Seyyid Abdulhalim adlı hattatlarında adlarına yer verilmiştir. Külliye deki birimler arazinin yapısına göre serbest bir düzenlemeye sahiptir. Canlı bir ticaret merkezine yapılması, yerinin özellikle seçildiğini göstermektedir.
Cami, doğu ve batı yönünde yuvarlak kemerli iki kapısı bulunan dış avlunun kuzeybatı yönünde yer almıştır. Dış avludan merdivenlerle çıkılan revaklı avlu Türk sanatında ilk defa yarım yuvarlak biçimde yapılmıştır.
Genel estetiği tamamlayan bir süs unsuru gibi düşünülen bu avlu kullanışsız ve sapa kalmıştır. Ortasında şadırvanı da olmadığı için abdest muslukları dış avluda caminin yan duvarlarında bulunmaktadır.
17-18. yy. Selatin cami geleneğinin son büyük halkası olarak karşımıza çıkan Barok mimarinin en iyi ifade edildiği camidir. Cami, geleneksel mimarideki tek kubbeli cami plan türüne sahiptir. Kare biçimindeki harimi, ağırlığı dört büyük kemere dağılan 25,50 m. çapındaki tek ve büyük bir kubbe örter. Köşelerde
kubbe basıncı ağırlık kuleleriyle desteklenmiştir.
Barok mimarinin plan düzeni olarak pek bir yenilik getirmediği, sadece görünümde Barok üslup başkalaştırılarak yorumlandığı görülmektedir. Mihrap bölümünün dışarıya poligonal çıkıntı teşkil eden üstü yarım kubbe ile örtülmüş formda düzenlenmiştir. Klasik mimarideki mekân bütünlüğüne yönelik yan kanatların kendi içinde çözüme ulaştığı düzenin, bu camide kubbe altında bütünlüğü bozmayacak şekilde düzenlemesi loca görünümüyle bir farklılık olarak karşımıza çıkmaktadır.
İkişer şerefeli iki kesme taş minare yivli gövdelere sahiptir. Aslında kurşun külâhlı olan bu minarelere XIX. yüzyılın sonlarında bugün görülen taş külâhlar yapılmıştır. Nuruosmaniye Camii‟nde XVIII. yüzyıl içinde Türk sanatına sızan Avrupa‟nın Barok üslûbu kuvvetle kendini belli eder. O sırada inşa edilen başka eserlerde Türk mimari geleneklerinin az da olsa yaşamasına karşılık burada mekân şekli istisna edilecek olursa her şey tamamen barok sanatının izlerini taşır. Avlunun yarım yuvarlak biçimi, pencere ve kapıların kemer profilleri, büyük kapıların nişlerinin üst bölümleri ve içerideki süsleme Türk barok sanatı anlayışına göre yapılmıştır.
Pencerelerdeki renkli camlı (revzen) alçı pencerelerin desenleri, uzun formları ve mermer mihrapla minber de Barok etkiyi yansıtmaktadır. Camide Türk sanat geleneklerini sürdüren tek unsur, içeride ve dışarıda çeşitli yerlerde görülen devrin en iyi hattatları tarafından yazılmış kitâbeler ve yazılardır.
Nuruosmaniye Camii‟nin doğu tarafında yan cepheleri pencereli, hünkâr kasrına çıkışı sağlayan büyük bir rampa bulunmaktadır. Yuvarlak kemerli bir kapıdan sonra başlayan rampalı yol üstte sola dönüp camiye bağlanarak mahfile ulaşmaktadır. Rampalı yolun sonundaki mekânlardan doğu yönündeki dükkânlar, batı yönündeki sütunlar üzerine oturtulmuştur. Medrese ile imaret dış avluda kıble istikametinde yer almaktadır. Kitâbeleri bunların 1755‟te yapıldığını bildirir. Bunlarda da Barok üslûbu daha az gösterişli olarak hâkimdir.
Nuruosmaniye Medrese-İmaret:
Medrese yapısı Osmanlı medrese tipolojisi içinde dikdörtgen planlı bir şemaya sahiptir. Avlusu dört yönden revaklı, revak gerisinde ise 12 talebe odasına yer verilmiştir. Girişin karşısında yer alan dershane bölümü eksende olmasıyla klasik düzendedir fakat boyutu itibariyle küçük tutulması ve dışa taşıntı yapmaması bir farklılık olarak dikkat çekicidir. Medresedeki bütün birimlerin üzeri kubbe ile örtülüyken farklı olarak giriş yönündeki revakın ve dershane bölümünün
önündeki revakın üst örtülerinde aynalı tonoz kullanılması farklılık olarak karşımıza çıkmaktadır. Avlusun da bir havuza yer verilen medresenin diğer bütün birimleri mimari olarak klasik bir düzenlemeye sahiptir. Genellikle plan şeması bakımından klasik düzenin devam ettiği Batılılaşma etkisinin sadece strüktürde yani sütun başlıklarında, kapılarda, pencere boyutlarında, süslemede ve kale işi bezemelerde kendini göstermektedir. Görünümün deki farklılığın adıdır batılılaşma. Medrese giriş kapısı eyvan şeklinde düzenlenmiştir. İmaret ile medrese yapısı birleştirilmiştir. İmaretin ve medrese öğrenci odalarının bacaları, camiyi etkili ve batılılaşma etkisindeki görüntüsünü destekler formda yoğun bir görünüm sağlamaktadır. İmaretin birimlerinin fonksiyonlarını anlamak zordur fakat küçük bir avlu etrafında kapalı bölümlerden oluşan yer yer aynalı tonoz örtülü bir mekân düzenlemesine sahiptir. Avlu kemerlerinin daralıp uzun tutulması yine klasik düzenden farklı olarak karşımıza çıkmakta, klasik düzenlemenin sivri kemer uygulamasının yerini, yuvarlak kemerli dar uzun görünümlü düzenlemeye bırakması batılılaşmanın vermiş olduğu etkiyi ortaya koymaktadır. Sonraki dönemde revak araları camekânla kapatılmıştır. İmaret yapısı günümüzde yatılı Kuran kursu olarak hizmet vermektedir.