Harran Höyüğünün doğu eteğinde bulunan cami çeşitli kaynaklarda Cami el-Firdevs, Cuma Camisi ismiyle geçmektedir. Anadolu’nun ilk anıtsal ve avlulu, şadırvanlı camilerinden olmasının yanı sıra zengin taş işçiliği ile tanınmıştır.
Bu cami ile ilgili olarak İbni Cübeyr bazı bilgiler vermektedir: “Cami ağaç direklerle ve kemerlerle tavanlanmıştır. Direklerinin uzunluğu 15 adım tutar ve mermer döşemenin üstünde boydan boya uzanır. Bu camiden daha geniş kemerli olan cami görmedim. Camiye giriş sahnının duvarlarının her tarafından kapılar açılmıştır. Bunlardan dokuzu ana kapının sağında, dokuzu solundadır. On dokuzuncu kapı olan ana kapı ortada olup büyük kemerlidir. Bu kapı sanki şehir kapıları gibi heybetli ve güzeldir. Bu caminin kapılarının hepsi ağaçtan olup son derece süslü ve ustaca yapılmış kilitleri vardır. Bu caminin yapısında ve ona bitişen çarşıların planlanmasında şehirlerde nadir görülen bir güzellik ve intizam görülür. ”
Bu camiden söz eden İbni Şeddad, caminin Ay Mabedi (Sin Mabedi) olduğunu ve Hz. Ömer zamanında İvaz bin Ganem Harran’ı ele geçirince 640 yılında mabedi camiye çevirdiğini yazmıştır. Ulu Cami üzerinde araştırma yapan D. Talbot Rice, caminin avlu kapıları girişinde bulunan ve Babil Kralı Nabonid dönemine, MÖ. VI. yüzyıla tarihlenen Ay Tanrısı Sin ve Güneş tanrısı Samas’ ı simgeleyen üç stele dayanarak İbni Şeddad’ın ileriye sürdüklerini doğrulamıştır.
XII. yüzyılın ortalarında yapı genişletilmiş ve bezenmiştir. Bununla ilgili bir kitabe de doğu cephesine konulmuştur. Halife Hişam bin Abdülmelik II. Mervan’ı bölgeye vali olarak atamış ve bundan sonra da Harran vilayet merkezi olmuştur. Mervan halife olduktan sonra Harran’ı Emevi Devletinin baş şehri yapmıştır. Bundan sonra da İyaz bin Ganem zamanındaki caminin yerine daha büyük ölçüde Ulu Camiyi yaptırmıştır. D. Talbot Rice ve burada 1983’den beri kazı çalışmaları yapan Dr. Nurettin Yardımcı Harran Ulu Camisi’nin II. Mervan tarafından yapıldığını belirtmişlerdir.
Harran Ulu Camisi kesme taş ve tuğladan yapılmıştır. Kemer ve tonozlarda tuğlalar kullanılmış, yer yer de ağaçtan yararlanılmıştır. Cami 104.00x 107.00 m ölçüsünde dikdörtgen planlıdır. İbadet mekânı 104, 00x40, 00 m; avlusu da 100.00x 65.00 m. ölçüsündedir. İlk kez, 1950’li yıllarda K. A. C Creswell’in çizdiği planı Early Muslim Architecture isimli kitabında yayınlamış, ardından kazı çalışmalarını yürüten Dr. Nurettin Yardımcı’nın kazıları ile plan netlik kazanmıştır. Buna göre caminin, mihrap duvarına paralel dört sahınlı bir planı olduğu anlaşılmıştır. Sahınların birinci ve üçüncü bölümleri bir üslup birliği göstermektedir. Üçüncü sahın ise yalnızca payelerle, giriş bölümündeki dördüncü sahın ise dikdörtgen payeler önündeki sütunlardan oluşmuştur. Böylece ibadet mekânı paye sütun dizileri ile devam etmiştir. Bu durum caminin üç aşamada yapıldığını göstermektedir. Duvarlardan ve duvarlardaki izlerden caminin önce II. Mervan zamanında mihrap duvarına paralel iki sahınlı olduğunu, sonraki dönemlerde buna üçüncü ve dördüncü sahınların eklendiği anlaşılmaktadır. İlk iki sahnın üst örtüleri üçüncü ve dördüncü sahınlardan daha alçaktır. Ayrıca birinci ve ikinci sahnı birbirinden ayıran bölümde Emeviler dönemine ait duvar taş bezemesi ve işçiliğini yansıtan asma dalları ile üzüm salkımları ile süslü sütunlar bulunmaktadır. Günümüzde asma dalları ile bezeli sütunlar Şanlıurfa Müzesi’nde teşhir edilmektedir. İbni Şeddat’ın da belirttiği gibi dördüncü sahının 1174’de Nureddin Mahmud bin Zengi tarafından camiye eklenmiş olması kuvvetle muhtemeldir. Burada bulunan sütun ve sütun başlıkları da XII. yüzyıl İslam sanatı özelliklerini taşımaktadır.
Caminin ibadet mekânına on dokuz merdivenli kapıdan girilmektedir. Asıl giriş kapılarından en genişi orta kapıdır. Bu kapının kemeri günümüze kadar gelebilmiştir. Mihrap giriş ekseninden batıya kaymıştır. Dr. Nurettin Yardımcı, yapmış olduğu kazıda mihrabın yanında sokağa açılan merdivenli bir kapı ile yanında iki odayı meydana çıkarmıştır. Ulu Caminin en büyük özelliklerinden birisi de mihrap yanındaki kapı ve yanındaki odalardır. Bu özel kapıdan Sultan ve imam daha emniyetli olarak içeri girdikleri, yandaki odaların da onlara ait olması kuvvetle muhtemeldir. Bu tür bir uygulama Anadolu camilerinde tek örnek olarak Harran’da karşımıza çıkmaktadır.
Avlunun kuzey duvarının doğusunda minare bulunmaktadır. Dr. Nurettin Yardımcı’ya göre minare 5.20x5.20 m. ölçüsünde kare gövdeli olup, yüksekliği 33.00 m. dir. Bunun 22 m’lik kısmı düzgün kesme taştan, arta kalanı da tuğladan yapılmıştır. İçerisindeki merdivenler restorasyon çalışmaları sırasında Dr. Nurettin Yarımcı tarafından orijinaline uygun olarak yenilenmiştir. Minarenin üst kısmı yıkıldığından şerefesini ne şekilde olduğu anlaşılamamıştır.
Caminin revaklı avlusunun ortasında kesme taştan içeriye doğru basamaklı bir havuz ve fıskiye bulunmaktadır. Şadırvanın su kanalları ile tahliye kanalları günümüze kadar gelmiştir. Ayrıca avlunun kuzey batı tarafında da geniş ve oldukça derin bir su kuyusu bulunmaktadır. Avlunun doğu ve kuzey duvarı dışında 1976 yılında yapılan kazılarda ortaya çıkarılan tuğla duvarlı küçük hücrelerin medrese odaları olduğu sanılmaktadır.