Nasuprot Begove džamije, Gazi Husrev-beg je 1537. godine podigao medresu sa bibliotekom, čime je uspostavljen jedan od najvažnijih stubova obrazovnog i kulturnog života Sarajeva – institucija čiji se uticaj proteže sve do savremenog doba. Arhitektonska rješenja ove građevine pokazuju visoku graditeljsku vještinu i snažnu srodnost sa osmanskim stilom prisutnim u tadašnjem Carigradu, što je otvorilo prostor za pretpostavke da je medresu projektovao sam Mimar Sinan, najveći arhitekta Osmanskog carstva. Međutim, njegovo ime se ne nalazi u popisima graditelja ove ustanove, što upućuje na vjerovatnijeg autora – Adžem Esir Alija, arhitektu koji je projektovao i Begovu džamiju.

Iako skromnih dimenzija, Gazi Husrev-begova medresa odiše izuzetnim arhitektonskim skladom i promišljenim prostornim rješenjima. Građena od fino klesanog kamena, krasi je istaknuti stalaktitni portal sa pozlaćenim natpisom koji svjedoči o njenom osnivanju. U središnjem dvorištu smješten je šadrvan, oko kojeg se pravilno nižu dvanaest prostorija za učenike, svaka natkrivena vlastitim kupolastim svodom. Na suprotnoj strani nalazi se veća prostorija – dershana, namijenjena za izvođenje nastave, također pokrivena kupolom. Uprkos nedostatku monumentalnosti u dimenzijama, arhitektonska cjelina djeluje izuzetno skladno i dostojanstveno, ostavljajući utisak grandioznosti. Tipološki i stilski, ova medresa pokazuje bliskost sa istanbulskom medresom Sahn-i Seman, čime se potvrđuje njena pripadnost vrhunskom dometu osmanske obrazovne arhitekture.

Ono što Gazi Husrev-begovu medresu izdvaja u širem kulturno-historijskom kontekstu jeste činjenica da predstavlja najstariju odgojno-obrazovnu ustanovu u Bosni i Hercegovini. Posebnu vrijednost nosi i podatak da, uprkos brojnim političkim i društvenim promjenama, ova institucija funkcioniše bez prekida više od 480 godina, čime zauzima istaknuto mjesto među rijetkim ustanovama takve vrste u svijetu.