Kütahya’da bulunan tek padişah cami’idir. Vakfa Sultan Bayezid Yıldırım Han Cami’i şerifi olarak kayıtlıdır. 48x26 m. ebadında Kütahya’nın en büyük cami’isidir. Şehzade Yıldırm Bayezid Germiyan beyi Süleyman Şah’ın kızı Devlet Hatun ile evlendiğinde Kütahya Valisi iken (1381–1389) bu cami’yi yaptırmaya başlamıştır. Ancak seferden sefere koşması ve Ankara Savaşı sonunda Timurleng’e esir düşmesi ve daha sonrada vefat etmesi sebebiyle cami’yi bitirmek (813 H. 1410 M.) oğlu Musa Çelebi’ye nasip olmuştur. Cami’nin vakfiyesi Fatih Sultan Mehmed Han zamanında tertip olunmuştur.
Kanuni Sultan Süleyman Han 1 Temmuz 1522'de Rodos Seferi'ne giderken Kütahya’da ordusu ile birlikte üç gün kalmış ve Mimar Sinan’a bu güzel cami’yi tamir etmesini emretmiştir. 1 Temmuz 1534'de de yine Kanuni Irak seferine çıktığında dört gün burada kalmış ve namazlarını bu cami’de kılmıştır. II. Selim şehzadeliğinde Kütahya Valisi iken (1558 – 1566) babasının vefatını öğrendiğinde 27 Eylül 1566'da Cuma Hutbesi'ni kendi adına okumasını hatibe emretmiş ve böylece padişahlığını bu cami’de ilan etmiş ve cuma namazından sonra İstanbul’a hareket ederek tahta oturmuştur.
Evliya Çelebi 1672'de cami’nin 180x90 Ayak olduğunu iki yan ve bir kıble kapısının bulunduğunu 57 çam direkli ahşap çatılı iki tarafında mihraba kadar fevkani sofa bulunduğunu ve 64 demir parmaklıklı penceresi ve tek kubbesi olduğunu yazar ve fevkani kısmıyla beraber iki bin cemaat aldığını üzerinin kurşun örtülü serapa kargir olduğunu da söyler (1611). 1805 senesinde Kütahya naibi Şehzade Mustafa Efendi’ye verilen dilekçe ile namaz kılınamayacak derecede harap olan cami mütevelli ve halkın gayretiyle tamir edilmiştir. Bu tamirde cami’nin tavanı beşik örtüsü denen tarzda yapılmıştır.
1889 senesinde Kütahya Mutasarrıfı Veysel Paşa zamanında eski yapı temellere kadar yıktırılmış ve cami’in bugünkü kubbeli ve mermer direkli olan yapımı başlatılmıştır. Cami’deki mermer sütun ve plakalar Çavdarhisar (Aizanoi) harabelerinden getirilmiş ustaları da yerli Rumlar dan “İlya ve Yorgi” dir. Cami duvarlarındaki yazılar Hattat Tekirdağlı zade Halil Kütahyavi'nindir. Cami tamamlandığında Mutasarrıf Ahmed Fuad Paşa iç tezyinat ve tefrişi ile aydınlatma araçlarını temin etmiştir.