İnşasının ardından uzun yıllar kilise olarak kullanılan yapı, 2. Bayezid döneminde Sadrazam Hadım Ali Paşa (Atik Ali Paşa) tarafından camiye çevrildi. 1945 yılında da dönemin Müzeler İdaresine bağlanarak müze haline getirilen Kariye, 1 Ağustos 2020 tarihli Cumhurbaşkanlığı Kararnamesi ile yeniden cami oldu. Bu kararın ardından restorasyonuna başlanan camideki çalışmalar 4 yıl sonra tamamlandı.
Restorasyon çalışmalarının ardından 6 Mayıs 2024'te ibadete açılan yapıda bugün 79 yıl sonra ilk cuma namazı kılındı. Camiye namaz kılmaya gelen Ahmet Öteyüzoğlu, "Bu cami de Fetih sembollerinden biri. Gururluyuz, mutluyuz. İçeride çok güzel freskler var. Onlar da kapatılmadan güzel tadilat yapılmış. Vatanımıza milletimize hayırlı olsun" dedi