Kılıç Ali Paşa Camii, Kaptan-ı Derya Kılıç Ali'nin Mimar Sinan'a yaptırdığı İstanbul'un Tophane semtinde bulunan camidir. Camideki iki kitabeye göre, Hicri 988 (Miladi 1580) yılında yapılmıştır. Türbe, medrese ve hamamdan oluşan bir de külliyesi vardır.
Kubbenin iki yanındaki yarım kubbeler, diğer iki yanındaki kemerler ve destek duvarlarıyla cami Ayasofya'nın küçük boyutta bir revizyonudur. Mihrap tarafındaki çiniler İznik'in parlak döneminin ürünüdür. Ayasofya'nın model alınmasının ardındaki sebep bilinmemektedir. Cami, giriş, pencere üstleri ve mihrap üstü hatları Karahisari Ekolünün son temsilcisi olarak kabul edilen Hattat Demircikulu Yusuf Efendi'ye aittir.
2011 yılında ciddi anlamda restorasyon geçiren Cami, türbe ve hamamı ile İstanbul'un çok değerli hazinelerinden biri olan Mimar Sinan'ın bu yapıtı, yerli ve yabancı turistlerin ilgisini çekmektedir. Külliyenin medreseyi de içerisine alan diğer bölümleri restorasyona alınarak 2015 yılında tamamlanmıştır. Cami, hemen karşısında bulunan ve bir meydan çeşmesi olan Tophane Çeşmesi ile de uyumlu olup, içinde birçok levent kabristanı barındırmaktadır. Bunlar arasında en muhteşemi Kaptan-ı Derya Ateş Mehmet Paşa'nın yelkenli ve kırık direkli lahid mezarıdır. Mihrap, cami duvarından dışarıya taşırılmıştır. Giriş avlusunda şadırvanı vardır.
Tophane Meydanı’nda bulunan ve Kaptan-ı Derya Kılıç Ali Paşa tarafından Mimar Sinan’a yaptırılarak 1581 yılında inşa edilen bu caminin hikâyesinin şöyle olduğu rivayet edilir: Kılıç Ali Paşa, cami yaptırmak için Sultan III. Murad’dan yer ister. Sultan da, Kaptan-ı Derya olmasından dolayı Kılıç Ali Paşa’ya denize cami yapmasını söyler. Bunun üzerine Paşa, Mimar Sinan ile anlaşır ve Tophane rıhtımının kenarına taş, toprak, moloz yığarak caminin inşasına başlar. Bu nedenle, Kılıç Ali Paşa Camii'nin deniz üzerine kurulan ilk cami olduğu söylenir.