22 yaşında, Yavuz Sultan Selim’in hükümdarlığı sırasında başlatılan veRumeli'de olduğu gibi Anadolu'dan da asker devşirmeyi öngören yeni bir uygulama nedeniyle İstanbul'a gelişinin ardından, orduya asker yetiştirenAcemi Oğlanlar Ocağı'na giren ve dülgerliği öğrenen Sinan, burada, yapı işlerinde de görev alırken, çağın önde gelen mimarlarının yanında çalışma fırsatını da elde etti.
1514'te Çaldıran Savaşı ve 1516 – 1520 arasında yapılan Mısırseferlerinden sonra, İstanbul'a dönüşünün ardından Yeniçeri Ocağı'na alınan Sinan, Kanuni döneminde, 1521'de katıldığı Belgrad, 1522'deki Rodos seferlerinden sonra subaylığa yükseldi.
1526 yılında, yayabaşı olarak çıktığı Mohaç seferinden sonra, cephane sorumlusu görevi verilen Mimar Sinan, 1529'da Viyana, 1529 - 1532arasında Almanya, 1532-1535 arasında da Irak’a düzenlenen, Bağdat ve Tebriz seferlerine katıldı.
Son Bağdat seferinde, Van Gölü'nün üstünden geçecek üç geminin yapımını başarıyla tamamlaması, Sinan’a haseki ünvanını getirdi.
1536'da Pulya seferlerinin ardından çıkılan, 1538 yılındaki Moldova seferinde, Prut Irmağı üstünde yaptığı bir köprüyle dikkatleri üstüne çekerek, Yüksek Dergah Mimarları Başkanı olan ve 1539’da, Mimar Acem Ali'nin ölümü üzerine onun yerine Saray Başmimarı olan Sinan, ölümüne kadar, güncel devlet sisteminde bayındırlık bakanlığı adını almış bu görevi sürdürdü.
Daha sonra ordunun yapı ihtiyacını karşılamaya yönelik kollarda çeşitli görevler üstlenen ve bu çalışmalarıyla öne çıkan Sinan, katıldığı yapım ve onarım çalışmalarıyla ve orduyla birlikte sefere gittiği yerlerde gözlemlediği farklı mimari yapılarla kendini eğitti.
Osmanlı'nın en güçlü çağında yaşayan ve Kanuni Sultan Süleyman, II. Selim ve III. Murat olmak üzere, üç padişah döneminde mimarbaşılık eden Mimar Sinan, imparatorluğun gücünü simgeleyen mimarlık başyapıtlarının tasarlanıp uygulanmasında en büyük rolün sahibiydi.
Elli yıla yakın süreyi kapsayan, Osmanlı Devleti’nde yaptığı mimarlık görevi boyunca, yapılarında gerçekleştirdiği deneyler ve getirdiği yeniliklerle, zirveye taşıdığı Osmanlı - Türk mimarlığının bireşim sürecini tamamlayarak, arayış aşamasından, klasik döneme geçiren ve hem Doğu, hem Batı ile ilişki içinde oldu. Anadolu ve Akdeniz kültürlerine sahip çıkan bir Osmanlı - Türk İslam mimarlık bileşimi ortaya çıkaran Mimar Sinan, birçoğu İstanbul’da olan, 84 cami, 52 mescit, 57 medrese, 7 okul ve darülkurra, 22 türbe, 17 imaret ve 3 darüşşifa, 7 su yolu kemeri, 8 köprü, 20 kervansaray, 35 köşk ve saray, 6 ambar ve mahzen, 48 hamam ve kaydı olmayanlarla beraber, üç yüz elliyi aşkın yapının baş mimarlığını üstlendi.
Yeniçeri ordusunda bir asker olarak değil, istihkâm işlerinin idare ve tasarımından sorumlu olarak görev yapan Mimar Sinan’ın ilk yapıtı, 1536 – 1537 arasında yaptığı, Halep’teki Hüsreviye Camisi’dir. İstanbul’daki ilk yapıtı 1539’da inşa edilen Haseki Külliyesi olan Sinan’ın, mimarbaşı olduktan sonraki ilk büyük ve önemli yapıtı ise, 1543 – 1548 seneleri arasında yapılan, kendisinin çıraklık dönemi yapıtı olarak tanımladığı dönemde yaptığı, dört ayağın taşıdığı ve dört yarım kubbenin desteklediği bir kubbe ile örtülü olan, içerde daha aydınlık bir mekan yaratmanın amaçlandığı ve dış görünümün kitlesel etkisi azaltılan, İstanbul’daki Şehzade Mehmed Camisi’dir.
Daha Sonra yaptığı, Üsküdar'daki Mihrimah Sultan Camisi'nde, yarım kubbelerin sayısı üçe indirilerek daha rahat bir iç mekan elde etmeyi deneyen Sinan’ın, kalfalık dönemi yapıtı olarak adlandırdığı, Osmanlı - Türk mimarlığının en önemli yapılarından biri olanSüleymaniye Camisi ve Külliyesi'nin yapımında, İstanbul'daki Bayezid Camisi'nde kullanılan taşıyıcı sistem tekrarlanarak, dört ayak üstüne oturan kubbe, mihrap yönündeki yarım kubbelerle desteklenmiştir.
Süleymaniye, Ayasofya ile ortaya çıkan strüktür sorununun, Sinan tarafından ikinci kez ele alınışıdır. Darülkurrası, darüşşifası, hamamı, imareti, altı medresesi, dükkânları ve Kanunî Süleyman ile Hürrem Sultan'ın türbeleriyle büyük bir alana yayılmış kentsel bir düzenleme ve Türkler'in dinsel yapılara toplumsal hizmet yapısı içeriği katmalarının en önemli örneği kabul edilen Süleymaniye’de, kubbe ve yarım kubbeler, yüklerini, uyumlu geçişlerle bir sonrakine iletirler. Dönemin önde gelen tüm sanatçılarının katkıda bulunduğu ve İstanbul'un Haliç'e bakan tepelerinden birinde yer alan bu yapı, her ayrıntısıyla bir bütün olarak ele alındı ve yedi yıl gibi kısa bir sürede bitirilerek, Sinan'ın mimarlığının yanı sıra, organizasyon ve örgütlemedeki becerisini de açığa çıkardı.
Sinan, ustalık dönemi yapıtı olarak nitelendirdiği, Klasik dönem Osmanlı-Türk mimarlık bireşiminin dilini ortaya koyan, kurallarını belirleyen çok önemli bir başyapıt olan Selimiye Camisi’nde, İstanbul'daki Rüstem Paşa Camisi'nde çözmeye kubbeyi sekizgen bir plan üstüne oturtma sorunu tekrar ele alarak uyguladı. 31 metreyi geçen çapıyla, en büyük kubbesini inşa eden Sinan’ın, külliye'nin öteki yapılarını camiye göre arka planda tuttuğu Selimiye, strüktür mekân oluşumu, oranları ve süslemeleriyle Osmanlı’nın en önemli mimari yapılarının başında gelir.
1557’de tamamladığı ve kendisine “Koca” ünvanını getiren, Süleymaniye Camisi, Mimar Sinan’ın başyapıtıdır.
Sultan III. Murad döneminde Mekke’nin onarımı için Hicaz’a gönderilen Sinan, 1573’te tamamladığı, Kasımpaşa’daki Kaptanıderya Piyale Paşa Camisi’nde eski ulucamilerin planına dönüş yaparak, kuruluş döneminin özellikleriyle, uzun mimarlık hayatı süresince edindiği deneyimlerin sentezini uyguladı.
Birçok eski yapının onarımı ve restorasyonunda da görev alan Mimar Sinan, bütün yaşamı boyunca, İstanbul, Edirne, Ankara, Kayseri,Erzurum, Manisa, Bolu, Çorum, Lüleburgaz, Kütahya, Gebze, Babaeski, Çorlu, Bolvadin, vb. Anadolu kentleriyle, Halep, Şam, Sofya,Hersek, Budin, Rusçuk gibi, imparatorluğun her yanına dağılmış topraklarda suyolları, çeşmeler, camiler, külliyeler, medreseler yaptı. Bu yapıların bazılarının inşasında bizzat kendisi bulunmasa da, öğrencilerini ya da kendine bağlı mimarlar grubunu görevlendirirdi.
Her zaman işleve, taşıyıcı sisteme, yapının bulunduğu yere göre en uygun olacak biçimi araştıran Sinan’ın türbeleri, bu denemeci tutumunu öteki işlevlerde de sürdürdüğü düşünce tarzını yansıtır. Sinan'ın yapılarının, yola çıkış noktası geleneksel biçim ve plan şemaları olmasına karşın, bunlara katı bir biçimde bağlı kalmayan, koşulların gerektirdiği yerlerde yeni biçimlere yönelen ve böylece eski ile yeni arasında bir bağ oluşturabilen Sinan’ın yapıları, mimarlık bakımından olduğu kadar mühendislik bakımından da öneme sahiptir.
Bu tarzıyla, "ser mimârân-ı cihan ve mühendisân-ı devran, dünyadaki mimarların ve zaman içindeki mühendislerin başı" şeklinde anılan Sinan’ın yapılarının çoğunun, 400 sene sonra bile ayakta duruyor, hatta kullanılıyor olması, onların taşıyıcı sistemlerine olduğu kadar temellerine de özen gösterilmiş olmasındandır.
Mimar Sinan’ın klasik dönem olarak adlandırılan mimarlık anlayışı Ayas, Şecca, Acem Ali, Küçük Sinan, Davut Ağa, Ahmet Ağa,Kemalettin, Yusuf Mehmet Ağa, Süleyman Ağa, Muslihittin, Hüseyin Çavuş, Hacı Hasan, İbrahim gibi mimarlar tarafından sürdürülmüştür.
İstanbul'un su sorununu çözmekle görevlendirilen Sinan’ın mühendis yanı su yolları ve köprüleri yaparken ortaya çıktı. Bentleri, tünelleri, su yolları ve su yolu kemerleriyle, biriktirme ve dağıtma yapılarıyla, uzunluğu 50 kilometreyi aşan ve Kırkçeşme adıyla anılan su yapılar inşa eden Sinan, bu yapıların bazılarında zamanın mühendislik bilgilerini de aşan çeşitli tasarımlara imza attı.
Yapım yöntemlerinin, yapı malzemeleri ve yerel - iklimsel koşullarla uyum içinde olduğu Mimar Sinan döneminde, ortaya çıkan biçimler, toplumun büyük bir çoğunluğunca benimsenen simgelere dönüştü ve mimarlığı uyumlu ve kendi içinde tutarlı bir birleşime götürme yolundaki çalışmaları, yapıya katkıda bulunan öteki sanatları da etkileyerek, imparatorluğun her yerinde ki yapı eylemleri için yol gösterici oldu.
Selçuklu ve erken Osmanlı dönemlerine kıyasla daha rasyonel ve ölçülü olan, gerçekçiliğe, sade ve net anlatıma dayanan Osmanlı klâsik mimarisi, kendine güvenen, yetenekli ve deneyimli bir mimar olan Sinan'la zirveye çıktı ve 50 yılda oluşan bu tarz, Osmanlı’nın siyasal ve ekonomik gücünün dorukta olduğu dönemi ile aynı zaman diliminde, Mimar Sinan’ın dehasıyla özgün ve üniversal bir ifadeye kavuşarak, hayat buldu.
Hünkâr, paşalar ve özellikle saraya damat olan zengin vezirler tarafından, siyasal gücün aracı olarak kullanılan anıtsal mimari deşteklenmesiyle, Mimar Sinan’a bağlı olan Hassa Mimarları Ocağı, devletten her türlü yardımı görerek, rahat bir ortamda çalışma olanağı buldu ve anıtsal yapılar çok kısa süreler içinde inşa edilebildi.
O dönemin Avrupası’nda, Roma’da inşası 160 yıl süren San Pietro Katedrali ve Londra’da, Sir Christopher Wren tarafından, 40 yılda tamamlanabilen St. Pauls Katedrali göz önünde bulundurulduğunda, Sinan’ın, İstanbul’daki Süleymaniye Külliyesi’ni 7, Edirne’deki Selimiye Camisi’ni de 6 yılda tamamlamış olması, 16. Yüzyıl Osmanlı mimarlık ve yapı kurumlarının hızlı ve verimini kanıtlar.
17 Temmuz 1588'de İstanbul'da öldüğünde ardından yüzlerce mimari eser bırakan Mimar Sinan’ın beyaz taşlı, sade bir yapı olan türbesi, Süleymaniye Külliyesi’ndeki, Haliç duvarının önündedir.
Mustafa Kemal Atatürk, yapılarının etkisi ölümünden sonra da süren ve her dönemde saygınlığını koruyan Mimar Sinan’ın, bilimsel olarak araştırılmasını ve bir heykelinin yapılmasını istedi.
1982'de, daha sonradan İstanbul Devlet Güzel Sanatlar Akademisi olmak üzere oluşturulan üniversiteye onun adı verildi.