Прямоугольный молитвенный зал перекрыт плоским потолком с широким развитым карнизом. В центре интерьера в потолок «врезан» купол на высоком 16-гранном световом барабане, – аналогов такому размещению единственного купола в интерьере мечети в османской архитектуре нет. Хотя диаметр барабана и купола всего 8 м, для его опоры в интерьер введены две пары столбов, имитирующие деревянные опоры позднесельджукских мечетей, соединенные в верхней части фестончатыми арками и несущие широкие консоли. Узкий продольный проход между столбами четко задает направление к михрабу, дополнительно акцентируя «вектор ислама» в интерьере.
Обычные для османских мечетей лоджии заменены простым балконом на граненых столбах со сталактитовыми капителями, занимающим более четверти длины зала, из-за чего купол воспринимается сильно сдвинутым к северу. Между столбами вставлены профилированные рамы, вычленяющие пространство нижнего яруса из интерьера. На широком балконе выделены два полуизолированных места для молитвы женщин из монаршей семьи; два балкончика на боковых стенах, выходящие из пристроек-павильонов почти по поперечной оси молитвенного зала, закрыты резными решетками-
Интерьер Хамидие-джами лишен каких-либо неоготических элементов, за исключением стрельчатых окон; горизонтали (выделенный цоколь, широкий орнаментальный фриз, карниз, рама плафона) преобладают над вертикалями (подкупольные столбы, столбики балкона, сдвоенные колонки на углах
Оформление фасадов Хамидие-джами кажется наиболее «готическим» из всей позднеосманской архитектурной неоготики. Плоскости стен расчленены профилированными рамами, в каждую из которых врезаются два уровня стрельчатых окон с профилированными наличниками. Вопреки обыкновению, архитектор оформил южный и северный фасады вытянутого здания одинаково, как трехчастную композицию с чуть выдвинутой и повышенной центральной частью, увенчанной W-образным аттиком. Единство декора приводит к тому, что северный вестибюль и боковые павильоны, частично закрывающие фасады, воспринимаются зрителем как позднейшие пристройки, создавая эффект «обжитости» мечети и наделяя ее ложной «биографией». Основными декоративными элементами фасадов становятся сложный сталактитовый карниз, сталактитовые консоли подоконников и ажурные «ламбрекены», визуально разделяющие стрельчатые окна на три части.
Фасады мечети Хамидие многократно меняли цветовое решение, но на ретушированных фотографиях XIX в. видно, что здание было окрашено в коричневато-охристый цвет, контрастировавший с беломраморными архитектурными деталями (позже покрашенными «под золото»). Кроме того, был изменен и первоначальный облик вестибюля и павильонов – они лишились прямоугольных рам, в которые были заключены стрельчатые окна, и потеряли дробное остекление крылец, а округлые рукава боковых лестниц были заменены на прямые марши. Следует отметить, что поднятие уровня земли значительно уменьшило высоту цокольной части (превышавшей человеческий рост) и исказило первоначальные пропорции здания.