Selçuklular ve beylikler döneminde Anadolu'da yapılmış camilerin çoğu çok sütunlu “ulu cami” şemasındadır. Bunların ilk örneklerinden biri olan yapı da Erzurum Ulu Camii ya da diğer adıyla Atabey Camii'dir. Çifte Minareli Medrese'nin yanı başında yer alan cami, 1179 yılında Saltukoğullarından Nasirüddin Muhammed tarafından Ebü'l Feth Mehmed'e yaptırılmış. Ancak bu ilk yapıdan özgün olarak sadece kıble duvarı kalmış. İlk yapımında düz çatılı olan cami, dönem dönem yapılan onarımlarla değişime uğramış. Günümüzdeki hali, sivri kemerlerle birbirine bağlı 24 taş paye ve 16 duvar payesi üzerine inşa edilmiş kubbe ve tonozlardan oluşuyor. Oldukça geniş olan caminin mihrap önü bölümü ahşap kırlangıç kubbeyle örtülmüş. Aynı eksen üzerinde yer alan ve ortasında aydınlık feneri bulunan diğer kubbe taş mukarnas dolgularla süslenmiş. Caminin ilk yapısından geriye sadece mihrabı kalmış. Cami, ilk yapıldığı şekliyle günümüze ulaşamamışsa da Saltuklular'dan kalan iki camiden biri olması hasebiyle önemlidir. 12. yüzyılda Anadolu'da yapılan ulu camilerin mihrabın bulunduğu orta mekâna ağırlık veren mimari anlayışı ve geometrik motifli taş süslemesiyle Türk sanatının bütünlüğü içinde yerini alıyor.
Camiye kuzey ve doğu cephelerinden beş kapıyla giriliyor.
Caminin iki kapılı doğu cephesi.
Caminin iki kuzey ve batı cepheleri.
Kesme taş malzemeyle inşa edilen cami enine dikdörtgen plânlıdır. İç mekân ortadaki daha geniş ve yüksek olmak üzere yedi nefe ayrılmış.
Yapının yirmi sekiz bağımsız ayakla duvarlara gömülmüş yarım pâyeler üzerine oturan örtü sistemi, orta nefte değişik tipte kubbe ve tonoz, diğer bölümlerde beşik tonozlardan oluşuyor.
Oldukça geniş olan caminin mihrap önü bölümü ahşap kırlangıç kubbeyle örtülmüş. Aynı eksen üzerinde yer alan ve ortasında aydınlık feneri bulunan diğer kubbe mukarnas dolgularla süslenmiş. İç mekânı daha çok bu kubbe aydınlatıyor.
İç mekânı aydınlatan orta bölümdeki mukarnas dolgulu kubbe.
Erzurum Ulu Camii'nin en önemli bölümü mihrap önündeki ahşap kırlangıç kubbesidir.
Dıştan sekizgen piramidal külâhla örtülü mihrap önü kubbesi “kırlangıç çatı” adı verilen bir teknikle ahşap malzemeden yapılmış. Halat örgü motifli kasnaktan itibaren kademeli şekilde daralan ahşap hatıllar tepede altıgen bir aydınlık feneri meydana getirecek şekilde dizilmiş.
Caminin ilk yapısından kalan tek mimari elemanı olan mihrap.
Mihrap ve mihrap önündeki kırlangıç kubbe.