Мечеть была построена по заказу османского султана Абдул-Хамида II между 1884 и 1886 годами по проекту представителя династии армянских архитекторов Османской империи Саркиса Бальяна[1][2]. По другим источникам, архитектором здания выступил грек Николаидис Джелпуйло[3]. В архитектурном плане представляет собой прямоугольное здание, совмещающее черты неоготики и классические османские мотивы, с одним минаретом. В интерьере использовался мавританский стиль с андалузским влиянием, который был популярным среди османской элиты в те годы. Главный зал украшает большая люстра, которая является подарком кайзера Вильгельма II. Купол мечети внутри ярко-синий, расписан золотыми звёздами и коранической надписью из суры Аль-Ихляс. Кораническая каллиграфия внутри мечети написана в куфическом стиле. Бронзовая колонна, построенная Абдул-Хамидом II на площади Марджех в Дамаске, имеет на вершине копию мечети Йылдыз[4].

После постройки мечеть использовалась султаном Абдул-Хамидом II для совершения пятничных молитв, в отличие от его предшественников, которые для этого выбирали собор Святой Софии, Сулеймание или мечеть Султана Ахмеда[4]. 21 июля 1905 года члены Армянской революционной федерации попытались убить Абдул Хамида II, заложив бомбу в конной повозке перед Йылдыз Хамидие. Ввиду того, что султан вышел из мечети на несколько минут позже запланированного из-за беседы с шейхом аль-исламом Мехмедом Джемаледдином-эфенди[5], бомба взорвалась, не причинив ему вреда, но погибли находящиеся рядом 26 человек, и ещё 58 получили ранения[6][7]. Предпосылками для покушения послужили события гамидовской резни и антиармянская политика султана Абдул-Хамида II[8][9].

После свержения Абдул-Хамида II во время Младотурецкой революции в 1909 году Йылдыз Хамидие продолжала оставаться главной султанской мечетью города во время Первой мировой войны, где султаны Мехмед V и Мехмед VI совершали пятничные молитвы. После создания Турецкой Республики в 1924 году и переноса столицы в Анкару мечеть Йылдыз пришла в запустение[4]. В 2013 году была начата реконструкция мечети, продолжавшаяся четыре года и стоившая 27 миллионов турецких лир (7,6 миллионов долларов). 4 августа 2017 года мечеть была вновь открыта президентом Реджепом Тайипом Эрдоганом[10].