Fatih Sultan Mehmet'in 1456'da Enez'i fethetmesi sonrası camiye dönüştürülen mabet, 1965'teki depremde tahrip olmuştu. Daha sonra onarım yapılamayan ve büyük ölçüde zarar gören Enez Ayasofya Cami-i Şerifi ibadete kapatılmıştı. Bu süreçte onarımı yapılmayan cami, bir müddet sonra büyük ölçüde zarar gördü.

Vakıflar Genel Müdürlüğünce 2015 yılında caminin restorasyon çalışması için görüşmeler başlatıldı. 2016 yılında proje ve ihale aşaması sonrası vakfiyesine uygun şekilde restorasyonu Edirne Vakıflar Bölge Müdürlüğü koordinasyonunda tamamlandı.

Restorasyon çalışmasında çatı örtüsü, orta ve kuzey duvarları yıkık caminin etrafı temizlendi, daha sonra temeli enjeksiyon sistemiyle güçlendirildi. Kale duvarına doğru olan bölümlerde 27 santimetre kadar eğikliği söz konusu olan yapının bu durumu temelden başlayıp statiği ve taşıyıcı duvarları güçlendirildi.

Yapılan statik hesaplamalar sonucu çatı örtüsünün bu eğiklik üzerine kurulabileceği hesaplandı, çatı da bu aşamada beden duvarlarının üzerine oturtuldu. Temel enjeksiyonlarından sonra sağlam beden duvarlarından başlamak üzere inşa çalışmalarına başlandı.

Caminin tavanı ve kubbesi tamamen kapatıldı. Ayrıca caminin içerisindeki ısıtma ve soğutma sistemleri kuruldu, zeminin mermer döşemesi yapıldı. Caminin harim kısmında yerde bulunan ve numaralandırılarak çıkarılan özgün döşeme taşları da yerlerine döşendi.

Geri kalan açık yerlerde de yeni mermerler kullanılarak döşeme yapıldı. Caminin çevresinde yıllar içerisinde oluşan toprak kotu da temizlendi. Camideki özgün mermer döşemenin altından ısıtma sistemi de yapıldı.