Tophane Meydanı`ndadır. Bir cami, medrese, türbe, sebil ve hamamdan oluşan küçük bir külliyedir. Uluç Ali Reis olarak da bilinen Kaptan-ı Derya Kılıç Ali Paşa tarafından 1581 yılında Mimar Sinan`a yaptırılmıştır. Mimar Sinan`ın yaşlılık dönemindeki son eserlerindendir. Halk arasında anlatılan hikayeye göre, cami yaptırmak için Sultan III. Murad`dan yer isteyen Kılıç Ali Paşa`ya sultan "Sen denizlerin kumandanısın git camini denizde yap," der.  Bu yüzden denizi toprakla doldurtarak, bir rivayete göre de su gördükçe sertleşen bir cins ağaç ile camiyi yaptırmıştır. Caminin inşaasında Don Kişot'un yazarı Cervantes amelelik yapmıştır.

Cami geniş bir avlu tarafından çevrelenmektedir. Son cemaat yerinin üzeri, aşağı doğru meyilli bir sundurma ile kapatılmıştır. İç bahçenin üç kapısı da işlemelidir. Son cemaat yerinin pencere üstlerindeki çini panolarda ve kıble kapısının üzerinde ayetler yazılıdır. 
Bahçesinde sekiz mermer sütunlu ve kubbeli bir şadırvanı vardır. Ayasofya`nın planının geliştirilmiş bir örneği olan cami tam bir diktörtgen biçimindedir. Pencere üstleri çinilerle süslüdür. Dört mermer fil ayağına dayanan büyük kubbesi, kıble ve kapı tarafındaki iki küçük yarım kubbe desteklemektedir. Kubbenin iki yanındaki yarım kubbeler, diğer iki yanındaki kemerler ve destek duvarlarıyla cami Ayasofya'nın küçük boyutta bir kopyasıdır. Mihrap tarafındaki çiniler İznik'in parlak döneminin ürünüdür. Ayasofya'nın model alınmasının ardındaki sebep bilinmemektedir.

Büyük kubbenin 24 penceresi ile birlikte toplam l47 penceresi vardır. Kubbesinden sarkan XVI. yüzyıla ait bir gemici feneri 1948 yılında Deniz Müzesi`ne kaldırılmıştır. 

Sağda tek şerefeli bir minaresi yükselir. Kılıç Ali Paşâ ya ait olan türbe caminin bahçesinde ve kıble yönünde bulunmaktadır. Bahçe duvarının caddeye bakan kısmında ise sebil yer almaktadır. Hamam, caminin sağ tarafındadır ve bugün de kullanılmaktadır. Medrese ise hamamın deniz yönünde bulunmaktadır.