Beyoğlu Tophane’de yer alan Kılıç Ali Paşa Külliyesi, Kaptan-ı derya Kılıç Ali Paşa tarafından 1578-1580 yılları arasında dönemin baş mimarı Mimar Sinan’a yaptırılmıştır. Cami cümle kapısının üzerinde yer alan Ulvî’nin yazdığı kitabede “Cehd edip yaptı bu zîbâ câmii / Şîr-i meydan ol Ali Pâşâ benam / Ehl-i diller dediler târîhini / Oldu a‘lâ câmiin Beytülharam” mısraları ile 988 (1580) yılında cami inşaatının tamamlandığı belirtilmektedir.

Kılıç Ali Paşa Camii, ilk birimi Fatih Sultan Mehmet tarafından yaptırılmış olan Tophane’nin hemen önünde yer almaktadır. Caminin konumu yapıldığı dönemde deniz kıyısında ve İstanbul Limanı’ndan Beyoğlu tarafına çıkışı sağlayan en önemli iskelenin başında yer almakta olup, günümüzde deniz ile ilişkisi kopmuş durumdadır. Külliye dış avlu duvarı ile sarılmış bir cami ile yanındaki büyük medrese ve tek hamamdan oluşmaktadır. Caminin kıble tarafında ayrıca kurucusunun türbesi ile bir hazire yer almaktadır. Dış avlu duvarının cadde üzerindeki köşesinde yer alan sebilin külliyenin bir unsuru olmadığı, sonradan eklendiği düşünülmektedir.

Caminin mimarisi ilk anda Ayasofya’yı akıllara getirmesine karşın, detaylıca bakıldığında Mimar Sinan aslında iki yarım kubbe ile desteklenmiş merkezi kubbenin Ayasofya’da oluşturduğu uzunlamasına mekanın, bu camide yanlara doğru genişleyerek farklı bir mimari ve mekan oluşturduğu anlaşılmaktadır. Yarım kubbelerin bulunduğu kıble ekseninin dışında kalan yönlerde ise kubbeden dışa uzanan ve içleri boşaltılarak kemer haline getirilmiş olan desteklerin dışa doğru alçalması, caminin kendine özgü mimarisine önemli katkı sunmakta olup, Ayasofya’yı andıran yönlerinden birini daha oluşturmaktadır. Caminin denize dönük olan mihrap cephesinde etkileyici ve sık pencerelerden bir düzen oluşturduğu görülmektedir. Yapının iç kısmında da ilk bakışta Ayasofya’ya benzerlik olduğu algısı oluşsa da, detaylara bakıldığında çok farklı mimari çözümler içermektedir. Caminin iç mekanında, iki yanda yer alan kadınlar mahfeli ve iki büyük kemeri taşıyan sütunları Ayasofya’dakinin aksine aynı aks üzerinde yer almamakta, üst kemer dizisi alt kemer dizisine göre dışa doğru kaydırılmış olarak yerleştirilmiştir. Böylelikle alt kemer dizisi kadınlar mahfelinin döşemesini belirlemekte ve üst üste nizami olarak yerleştirilen kemerlerin oturduğu narin sütunlar kadınlar mahfeline narin ve aynı zamanda daha fazla korunmuşluk etkisi yaratmakta, ayrıca iki yana doğru mekanın genişleyen etkisini de güçlendirmektedir. Ana kubbenin ise Süleymaniye’dekine benzer olarak dört ayak üzerine oturan dört büyük kemer üzerine inşa edildiği dikkati çekmektedir.

Caminin banisi olan Kılıç Ali Paşa selefleri gibi enderunda yetişen bir kaptan değildir, tıpkı Barbaros gibi gazi korsanlığı yaparak yükselmiştir. Güney İtalya’da doğmuş olan Kılıç Ali Paşa, Osmanlı korsanlarına esir düştükten sonra Müslüman olmuş, Uluç Ali ismini almış, başta kadırgalarda denizcilik yapmaya başlamış, sonrasında 1551 kaptan olmuştur. Turgut Reis ile seferlere çıkmış, 1565’te Turgut Reis’in ölümü üzerine Cezayir beylerbeyliğine getirilmiş, Kıbrıs’ın fethine de katılmıştır. İnbahtı’da sol kanadı yöneten kaptan, kendi gemilerini koruyabilmiş, bu başarısından dolayı II. Selim tarafından Kılıç unvanını ve kaptan-ı deryalığa yükselmiştir. İnbahtı sonrası donanmayı tekrar toparlayan Kılıç Ali Paşa, Tunus’un İspanyollarca işgali sonrası sefere çıkarak Tunus’u tekrar fethetmiş, bu seferinden İspanyolların Goletta kalesinde bulunan 5000 topu da ganimet olarak almış, Tophane önünde alanda bu toplar sergilenmiştir. Sonrasında bu alanda Kılıç Ali Paşa Camii inşa edilmiştir.