Sultan II. Mahmut'un eşi ve Sultan Abdülaziz'in annesi Pertevniyal Valide Sultan tarafından yaptırılmıştır.

Cami 1869-1871 yılları arasında inşa edildi.

Planlarını Sarkis Balyan'ın çizdiği, hazırlanmasına Hagop Balyan'ın katıldığı da bilinmektedir. Mimarı Montani'dir. Çizim işlerinde, desinatör Osep çalışmıştır. Uygulama ve şantiye yönetimi için Bedros Kalfa ve duvarcı Ohannes ile dülger kolbaşısı Dimitri görevlendirilmiştir.

Camii`nin, neogotik tasarımıyla klasik camilerden oldukça farklı bir mimarisi vardır.

Devlet ileri gelenlerinin, din bilginlerinin, hocaların katılımıyla düzenlenen büyük bir törenle temeli atıldı. Pertevniyal Sultan temel atma töreninini meydanı görebilen bir evin penceresinden izledi.

Tek şerefeli iki minaresi, Dolmabahçe Camii'nin minarelerinden daha geniş tutulmuştu. İç mekân bakımından da bu camiden daha genişti. Tek kubbesi yüksek, fakat küçüktür. Neogotik yüzey bezemeleri bu camiye ayrı bir güzellik kazandırır. Aynı bezeme zenginliği ve güzellik caminin iç kısımları için de geçerlidir. Altın yaldızla parlatılan mavi rengin egemen olduğu kalem işi süslemeler, iç mekanı baştan sona süslemektedir. Caminin Aksaray Meydanı`na bakan avlu kapısı, İstanbul`daki camiler için pek alışılmadık ve aynı zamanda da göz kamaştırıcıdır. Bu kapı Osmanlı taş oyma sanatının nadide ürünlerindendir.

1956-59 arasındaki Aksaray Meydanı düzenlenmesi esnasında sebil gibi camiye ait bazı unsurlar kaldırılmış veya yeri değiştirilmiştir.

Caminin çevresindeki eserler: Bir çeşme, bir kütüphane, Pertevniyal Sultan'ın kendisi için yaptırdığı türbeden oluşmaktadır. Kütüphanesi, Süleymaniye Kütüphanesi'ne taşınmıştır. Trafikten en çok etkilenen cami bu camidir. Caminin kahyası Hüseyin Bey cami masrafı olarak 7961 kese 396 kuruş 10 para harcamış; üç ayrı temel çukuruna olmakla 3225 lira temele gömülmüştür.