Başta kapılar ve sütunlar olmak üzere, külliyenin birçok yerinde bulunan, Ahlatlı ve Tiflisli ustaların ellerinden çıkan, taş işçiliğinin en nadide ve en ince örneklerini yansıtan harikulade motifler tüm dünyanın ilgi ve dikkatini çekmektedir.
Bu eseri farklı ve özgün kılan bir diğer özellik de, uzaktan bakıldığında simetrik olduğu düşünülen, fakat özünde asimetrik olan bezemelerde yer alan on binlerce motifin hiçbirinin bir daha kendini tekrar etmemesi; kâinattaki farklı varlıkların muhteşem bir ahenk ve denge içerisinde olduklarının taşa nakşedilerek gözler önüne serilmesidir. Mimari üslubu, süsleme ve örtü sistemlerinin dengeli ve uyumlu tasarımıyla önem kazanan bu şaheser, dünyada, görülmeye değer eserler listesinin başında yer almaktadır.
Bu büyüleyici eseri anlatmaya sözlerin yetersiz kalacağını Evliya Çelebi yüzyıllar önce şöyle ifade etmiştir: "Methinde diller kısır, kalem kırıktır". Görenleri kendisine hayran bırakan bu muhteşem abide eser, sanat tarihçileri tarafından "Divriği mucizesi", "Anadolu’nun Elhamrası" gibi ifadelerle tanımlanmıştır. 1985 yılında UNESCO tarafından "Dünya Kültür Mirası" listesine alınan, İslam mimarisinin bu başyapıtı, aynı zamanda T.C. Cumhurbaşkanlığı makamının koruması altındadır.
Sivas Divriği Ulu Camii, kuzey-güney doğrultusunda dikdörtgen planlı ve tümüyle kesme taşlarla yapılmış bir yapıdır. Camiye giriş çıkışı sağlayan kuzey, batı ve doğu yönlerinde üç ayrı anıt kapı yer almaktadır. İç mekân, sekizgen payeleri birleştiren çift yönlü sivri kemerlerle farklı genişlikte yirmi beş birime ayrılmıştır. Büyük boyutlu mihrap önü dilimli, orta bölüm ise oval birer kubbeyle örtülüdür. Sekizgen aydınlatma feneri bulunan orta bölümün kubbesi sekizgen piramidal külahla kaplıdır. Diğer birimlerin örtü sistemini yıldız, artı ve bileşik tonozlar oluşturmuştur. Güneydoğudaki şah mahfili de bileşik tonoz örtüsü ile dikkati çekmektedir. Caminin iç mekânı, kapılara nazaran sadelik içermektedir. İbadet eden insanların dikkatinin dağılmaması ve ibadetteki huşu ve huzurun bozulmaması için sadeliğin tercih edildiğinden söz etmek mümkündür. Caminin tekstil kapısı tarafında kalan sütunlar Kanuni Sultan Süleyman döneminde Mimar Sinan tarafından güçlendirilmiş sütunlardır. Şah kapısı tarafında kalan ince sütunlar orijinaldir.
Caminin iç kısmında, cennet kapısının arka yüzünde tek parça taştan oyulmuş iki adet emanet sandığı bulunmaktadır. İnsanlar bir yere giderken değerli eşyalarını ve ziynetlerini emanet sandığına bırakırlar döndüklerinde ise bıraktıkları gibi bulurlardı. Bununla beraber bir de sadaka taşı bulunmaktadır. Hayırseverler sadakalarını bu taşın içine bırakır, ihtiyaç sahipleri de içinden ihtiyacı kadarını alırdı. Bu uygulama, “Bir elin verdiğini öbür elin bilmemesi” olarak ifade edilen, yoksulun incitilmemesi ve onurunun korunmasını esas alan bir duyarlılığın yansımasıdır.
Cennet kapısının arka yüzünün solunda, demir oksit boyasıyla boyanarak yapılan bir mızrak ve bir meşale motifi mevcuttur. Mızrak gücü, meşale ise ilmi temsil etmektedir. Cennet kapısının üzerindeki tonozda yer alan sarkıtlar gözyaşı damlaları görünümündedir. Mihrabın sol tarafından şifahanedeki türbelere açılan pencere cami ile türbeler arasında bağlantıyı sağlamaktadır. Caminin kuzeybatı köşesindeki silindirik gövdeli ve tek şerefeli kesme taş minare yer alır. Kitabede minarenin 1565 yılında Osmanlı padişahı Kanunî Sultan Süleyman tarafından yaptırıldığı yazmaktadır. Bu tarihte caminin iç mekânının onarıldığı da bilinmektedir.