Van Ulu Camii’nin yapım tarihi konusunda farklı görüşler bulunmaktadır. Kimilerine göre cami, Ahlatşahlar döneminde, yani I. Sökmen (1100–1112) veya II. Sökmen (1128–1185) zamanında inşa edilmiştir. Ancak sanat tarihçisi Aslanapa’nın 1970–1972 yıllarında yürüttüğü kazılar ve süsleme üslubuna dayalı değerlendirmelerine göre, yapı Karakoyunlu Sultanı Kara Yusuf’un ilk hâkimiyet yıllarında (1389–1400) yapılmış olabilir. Her iki ihtimal de araştırmacılar arasında mevcut olup, kesin yapım tarihi tam olarak bilinmemektedir. Minarenin batısında 1721 tarihli bir Osmanlı duvar parçası da günümüze ulaşmıştır. Caminin çatısı 1844 depreminde çökmüş, yapı terk edilmiş ve I. Dünya Savaşı sırasında tahrip olarak bugünkü hâline gelmiştir. Bu yönüyle Van Ulu Camii, savaşta büyük ölçüde yok olan tarihî Van kentinden geriye kalan az sayıdaki yapılardan biridir.

1913 yılında W. Bachmann tarafından çizilen restitüsyon planı, Aslanapa’nın arkeolojik bulgularıyla büyük ölçüde örtüşmektedir. Bu plana göre cami, üç tarafı tonozlu birimler ile çevrili kubbeli kare planlı bir harimden oluşmaktaydı. Kuzey–güney doğrultusunda yaklaşık 26 metre uzunluğunda olan yapı, kıble yönünde 30 metreye ulaşmakta, batı duvarındaki iki daralma nedeniyle kuzeyde genişlik 27,5 metreye inmektedir. Doğudaki cephenin kuzey ucunda yer alan yüksek taçkapı, köşesi pahlanmış kare kaideli kalın bir yuvarlak minareyle birlikte düzenlenmiştir. Osmanlı döneminde kuzey cepheye bir portal ve revaklı giriş bölümü eklenmiş, günümüze yalnızca bu duvar parçası ulaşabilmiştir.

İç mekân altı sıra ve altı–yedi sahından oluşuyor, merkezde kıble duvarına bitişik kare planlı harim dokuz birimi kapsıyordu. Yaklaşık 16 metre yüksekliğe ulaşan mukarnaslı kubbe, altı büyük kemer üzerine oturuyor ve doğu, batı ve kuzey yönlerindeki kemer açıklıklarıyla diğer revaklara bağlanıyordu. Dıştan iki kademeli konik bir külahla örtülü olan bu kubbenin çevresindeki revaklar, kubbenin yarı yüksekliğinde tonozlarla kapatılmıştı. İç mekân dört cephede toplam 16 pencereyle aydınlatılıyordu.

1913 yılına ait fotoğraflar, portal ile minare üzerindeki tuğla süslemelerin özenle işlendiğini göstermektedir. Kare biçimli kapı açıklığı, kufi yazılı bir kitabe panosuyla taçlandırılmış; sivri kemerli alınlığın içinde birbirine geçen geometrik motifler ve bunları çevreleyen çini bordürler yer almıştır. Portalın etrafı, biri geometrik desenli, diğeri kufi yazılı iki dikdörtgen şeritle çevrilmiş, her iki yanında nişli payeler bulunmuştur. Minarenin tuğla gövdesi ise sade çini kuşaklarla bezenmiştir.

Harim kısmı, tuğla işçiliği ve alçı süslemeleriyle dikkat çekmiştir. Özellikle mihrap, geometrik motifleri ve kufi yazıları çevreleyen alçı arabesklerle zenginleştirilmiş gösterişli bir çerçeve içine yerleştirilmiştir. Mihrabın üzerinde örgülü kufi hatla örülmüş bir yazı kuşağı, onun üstünde sülüs hatla yazılmış dar bir kuşak ve üç loblu kemer dizileri yer almaktaydı. Kubbenin mukarnas yüzeyleri tuğla desenlerle ve sırlı çinilerle süslenmiş, harim dışındaki tonozlarda boyalı alçı izlerine rastlanmıştır.

Yapı, taş temel üzerine tamamen tuğladan inşa edilmiştir. Günümüze Van Ulu Camii’nden yalnızca minarenin alt kısmı, temeller ve Osmanlı dönemine ait bir duvar kalıntısı ayakta kalmıştı. Ancak 2024 yılında, Van Valiliği öncülüğünde ve Kültür ve Turizm Bakanlığı desteğiyle başlatılan “Kültürel Mirasımızı Koruyor, Geleceğe Taşıyoruz” projesi kapsamında caminin rekonstrüksiyon ve restorasyon çalışmalarına yeniden başlanmıştır. Bu kapsamda yapının özgün mimari kimliği korunarak yeniden ayağa kaldırılması, plan düzeni ve süsleme karakterinin aslına uygun biçimde ihya edilmesi ve ibadete açılması hedeflenmektedir. Proje, Eski Van Şehri’ndeki diğer tarihî yapıların da korunup yaşatılmasıyla bölgenin tarihî dokusunun canlandırılmasını amaçlamaktadır.