
Фатих Султан Мехмед выбрал место для строительства мечети и комплекса Фатих в центре города, на месте бывшей византийской церкви Двенадцати Апостолов (Hagioi Apostoloi). Этот выбор символизировал не только утверждение новой веры, но и закрепление османской власти в городе. Комплекс был спроектирован с уникальной симметрией, а его центр – мечеть – стал важнейшим религиозным и культурным центром города.
По обе стороны мечети находились медресе, перед ними – странноприимный дом (табхане) и лечебница (дарюшшифа), а дальше располагались рынок и хамам. Однако комплекс Фатиха, ставший центром градостроительного плана нового турецкого Стамбула, не сохранился полностью. Некоторые его элементы были полностью утрачены, а другие частично разрушены или изменены застройкой XIX века, что нарушило оригинальную планировку.

После завоевания Константинополя церковь Двенадцати Апостолов была заброшена и вскоре снесена. В 1455 году патриарх переселился в другую церковь, а территория храма была выделена под строительство мечети Фатиха. Строительство началось в 867 г. по хиджре (март 1463 г.) и завершилось в 875 г. (декабрь 1470 г.). Комплекс был спроектирован и построен архитектором Атиком Синаном, а не византийским мастером Христодулом, как ошибочно утверждал валашский правитель Дмитрий Кантемир.

Архитектура мечети соответствует османским традициям и не имеет ничего общего с византийскими стилями. Хотя в строительстве, как и в других османских сооружениях, использовался труд византийских мастеров, сама структура мечети является естественным продолжением развития османской архитектуры, начиная с мечети Уч Шерефели в Эдирне и заканчивая мечетями Баязида и Сулеймание.

Германский архитектор К. Вульцингер в 1933 году выдвинул гипотезу о том, что мечеть Фатиха была построена на фундаменте византийской церкви, но эта теория была опровергнута исследователями Али Саимом Юлгеном и Халимом Баки Кунтером. Кроме того, направления мечети и бывшей церкви не совпадали, что делает использование прежних стен невозможным.
Комплекс Фатиха упоминается в нескольких вакифных документах, опубликованных в XX веке. Известно, что архитектор Айаш, работавший в период Фатиха, также участвовал в строительстве мечети. В 1509 году мечеть пострадала от разрушительного землетрясения, известного как «Маленький судный день». Купол мечети был поврежден, капители колонн разрушены, а здания лечебницы, благотворительной столовой и медресе понесли значительный ущерб. Позже мечеть была восстановлена, но повторно пострадала в землетрясениях 1557 и 1754 годов.

Однако сильное землетрясение 1766 года полностью обрушило главный купол и значительную часть стен мечети. По приказу султана Мустафы III восстановительные работы начались в 1767 году под руководством Сарыма Ибрахима Эфенди, а затем Иззета Мехмеда Бея. Новая мечеть была построена по другому проекту и открыта в 1771 году.
Современная мечеть отличается от оригинальной, но в некоторых местах сохранились элементы первоначальной постройки. В XIX веке к минаретам были добавлены дополнительные балконы, а после землетрясения 1894 года их шпили были перестроены из камня. В 1966-1967 годах они были заменены на свинцовые купола, а каменные шпили хранились в музее Амджазаде Хюсеин-паши. Первоначальный план мечети был восстановлен и подтвержден исследователями, включая Мехмета Агаоглу, Али Саима Юлгена, Экрема Хаккы Айвердя и Роберта Анхеггера.
После разрушения первой мечети Фатих султан Мустафа III приказал построить новую мечеть в стиле османского барокко. Новое здание больше соответствует классической османской архитектуре, чем мечеть Нуруосмание, хотя в некоторых деталях прослеживаются элементы барокко.

После смерти Фатиха в 1481 году его тело было перевезено в Стамбул и похоронено в мавзолее перед стеной киблы мечети. В 1766 году мавзолей также пострадал от землетрясения и был восстановлен султаном Абдулхамидом I в 1784 году. В XIX веке он был заново украшен. Существует легенда, что тело Фатиха находится в подземной камере, ведущей к михрабу мечети, и было забальзамировано.

К числу построек комплекса относились:
Медресе (Сахн-и Семан) – крупнейший образовательный центр Стамбула XVI века;
Лечебница (Дарюшшифа) – первое османское медицинское учреждение в Стамбуле;
Благотворительная столовая (Имарет);
Караван-сарай;
Закрытый рынок (Араста);
Хамам (Чукур Хамам);
Фонтан (Муваккитхане).
Многие части комплекса были разрушены землетрясениями и пожарами. К 1950-м годам сохранились лишь некоторые здания. Сегодня медресе используется как студенческое общежитие, а мечеть Фатиха остается одной из главных святынь Стамбула.