Afyon Ulucamisi, Selçuklular döneminde yapılan ağaç direkli camilerin en eskisi. Batı kapısındaki yazıtta, camiyi 1273’te Selçuklu vezirlerinden Sahip Atâ Fahreddin Ali’nin oğullarından Afyon sancakbeyi Nusreddin Hasan Bey’in yaptırdığı yazılıdır. Bu yapıda, 13. yüzyıldan başlayarak Anadolu-Türk mimarlığında egemen olan tuğla tonoz ve kubbe örtü sistemine yer verilmemiş, yerine ahşap ayaklarla taşınan ahşap kirişli düz örtü sistemi kullanılmıştır.
Caminin ana mekânı, iri mukarnas başlıklı 40 tane ahşap ayakla kıble duvanna dik uzanan 9 salına bölünmüştür. Biri batıda, öbürü kuzeyde olmak üzere iki girişi vardır. Ama kuzeydeki kapı batı duvarına doğru kaydırıldığından, kıble duvarının ortasındaki mihrap, giriş ekseni üstünde değildir. Kesme beyaz kireçtaşından yapılmış mihrabın tarihi cami ile aynıdır. Minare, şerefe yüksekliğine kadar yeşil sırlı tuğladan baklavu motifleriyle bezenmiştir. Minarenin yanında Osmanlı yapısı bir çeşme vardır. Cami 1341 ‘de, Kara-manoğulları döneminde onarım görmüştür.