Сохранившийся до наших дней собор Святой Софии был возведен всего за пять лет (в период с 23 февраля 532 года по 27 декабря 537 года) на месте двух сгоревших церквей (пятинефных базилик).
Первая церковь-базилика на этом месте была построена при императоре Константине Великом и открыта 15 февраля 360 г. императором Флавием Юлием Констанцием II (337 – 361 гг.). Впоследствии она получила название Megale Ekklesia, что переводится как «великая церковь». Однако в 404 г. она сгорела.
И только через десять лет, в 415 году, во время правления императора Феодосия II (408 – 450 гг.) была отрыта вновь построенная на этом месте вторая церковь, получившая название Айя-София (Святая Мудрость), также известная как базилика Феодосия. К сожалению, ее ожидала та же участь — Айя-София сгорела во время восстания «Ника» в 532 году.
На строительство третьего здания Святой Софии, которое и сохранилось до наших дней, было потрачено три годовых дохода Византийской империи. Не даром византийский император Юстиниан, переступив порог храма, воскликнул: «Слава Всевышнему, который избрал меня для совершения этого великого дела! Я превзошёл тебя, Соломон!». Храм настолько поразил его своим великолепием, что он сравнил его с храмом Соломона в Иерусалиме.
И не удивительно! Ведь для строительства храма Айя-София было использовано восемь колонн из зеленого мрамора, привезенных из храма Артемиды в Эфесе (одного из семи чудес античного мира), еще восемь порфировых колонн были доставлены из римского храма Солнца. Для отделки стен и пола использовался разноцветный мрамор — розовый; красный; белый мрамор с островов Мраморного мор и из Египта; зеленый мрамор с острова Теселия. Храм был инкрустирован драгоценными камнями. Использовалось золото, серебро и слоновая кость. Строительством руководили лучшие архитекторы того времени: греки из Малой Азии — Исидор Милетский и Анфимий Тралльский.
Особо выделялся грандиозный 30-метровый купол, который вызывал ощущение, что он «покоится не на камнях, а спущен на золотой цепи с высоты небес». Однако в 989 году купол не выдерживает сильнейшее землетресение и обваливается. Работа по реконструкции купола была поручена армянскому архитектору Трдату, благодаря которому он стал более возвышенным. Трдат усилил ребра, сделал их глубину на метр больше и пристроил контрфорсы к наружным стенам храма.
В 1204 г. Святая София сильно пострадала в результате захвата и разграбления крестоносцами-участниками Четвертого крестового похода. Среди похищенных реликвий была плащаница — льняное полотно, в которое святой Иосиф из Аримафеи завернул тело Иисуса Христа после его крестных страданий и смерти (Мф. 27:59-60) (в настоящее время она хранится в соборе Святого Иоанна Крестителя в Турине).
23 мая 1453 года Константинополь захватывают османы. По приказу султана Мехмеда II Завоевателя (Фатиха) Святую Софию обращают в мечеть Айя-София и пристраивают четыре минарета. Крест на вершине купола заменяют на полумесяц. В интерьер храма добавлют михраб (нишу, обращенную в сторону Мекки) и минбар (кафедра, с которой имам произносит проповедь). Фрески и мозаики покрывают штукатуркой, а на стены вешают восемь круглых щитов-медальонов, на которых арабской вязью написаны имена Аллаха, пророка Мухаммеда, четырех халифов (Али, Абу Бакр, Осман, Оман) и внуков пророка Мухаммеда (Хасан, Хусейн).
С 1 февраля 1935 года Айя-София функционирует в качестве музея и считается четвертым в мире музеем, сравнимым с такими архитектурными шедеврами (к слову, построенными почти 1000 лет после Святой Софии), как церковь Святого Павла в Лондоне, собор Святого Петра в Риме и собор Рождества Девы Марии в Милане.