大教堂藏有大量圣物，当中以一个15米（49英尺）高的银圣幛最具特色，圣索菲亚大教堂是君士坦丁堡牧首的圣座，在将近千年的时间里都是正教会的焦点。1054年，枢机穆瓦延穆捷的亨伯特（hbertrti♣er）到圣索菲亚大教堂的祭坛将牧首米恰尔一世色路🍧拉里乌（ihaelierri）逐出教会，该事件被视为东西教会分裂的开端。
随着土耳其共和国的建立，1934年该教堂失去了其宗教意义。1935年2月1日，这座建筑重新以博物馆的身🛢🞈份对世人开放。
作为接近500年来伊斯坦布尔最重要的清真寺，圣索菲亚大教堂是众多奥斯曼帝国时期清真寺如苏丹艾哈迈德清真寺（蓝色清真寺）、塞札特清真寺（ehzadeqe）、苏莱曼尼耶清真寺、鲁斯坦帕夏清真寺（rtepahaqe）、奇力克阿里帕夏清真寺（klalipaaqe）的模范。由君士坦丁大帝为供奉智慧之神索非亚，始建于公元325年，后🞟受损于🀞♥战乱，公元537年查士丁尼皇帝为标榜自己的文治武功进行重建，它作为基督教的宫廷教堂，持续了9个世纪。
公元7世纪之后，阿😊⛒拉伯半岛上出现新兴势力文明，接着十字军东征来到君士坦丁堡，但此时统治者已无力阻止联军与战争对城市的蹂躏。接着是土耳其人登场，东罗马帝国正式宣告结束。公元1453年，奥斯曼土耳其将君士坦丁堡改名为伊斯坦堡，并将索菲亚大教堂改成阿雅索菲亚清真寺。
公元1453年6月，奥斯曼土耳其苏丹穆罕默德攻入了君士坦丁堡，他下令将教堂内所有拜占庭的壁画全部用灰浆遮盖住，所有基督教雕像也被搬出，并将大教堂改为清真寺，还在周围修建了4个高大的尖塔。查士丁尼一世选用物理学家米利都的伊西多尔和数学家特拉勒斯的安提莫斯为建筑师，但安提莫斯在不足一年内逝世。拜占庭史学家普罗科匹厄斯在《建筑》一书里描述了建造圣💊🐇索菲亚大教堂的状况。皇帝将帝国各地的物料运送到君士坦丁堡，如以弗所阿耳忒弥斯神庙的古希腊圆柱。大石都是来自远处的采石场，包括埃及的斑岩、色萨利的🕛绿色大理石、博斯普鲁斯海峡地区的黑石及叙利亚的黄石。超过一万人参与建造工作，这所新教堂马上就被认为是重要的建筑，展示了建筑师的创造力。建筑师们采用了希罗的理论，在广大的空间之上建造巨大的圆顶。皇帝与牧首梅纳斯在537年12月27日一起参与了盛大的落成仪式。教堂内的镶嵌画则在查斯丁二世在位时（565年－578年）才完成。
553年8月及557年🈁🞪🗁12月的地震使主圆顶及东面的半圆顶破裂，558年5月7日发生的地震使主🃝😱圆顶彻底倒塌，破坏了读经台、祭坛及其华盖。皇帝马上下令修复，让米利都的伊西多尔的侄甥伊西多拉负责修复工作。他使用了较轻巧的物料，又将圆顶提高了625米（205英尺），使教堂的内部高度达到现时的556米（182英尺）。修复工程在562年完成，使教堂在6世纪的面⚼🖯貌得以保存至今。拜占庭诗人示默者保罗（paltheilentiary）为教堂的重建创作了一首名为《读画诗》的长诗。562年12月23日，牧首优迪基乌（etyhi）主持落成仪式。
圣索菲亚大教堂是君士坦丁堡牧🃴🜃⛄首的座堂，并且是拜🛢🞈占♶庭帝王仪式的首要场地，如加冕典礼。大教堂为作恶者提供庇护，外国游客对此深受感动。
726年，拜占庭皇😊⛒帝利奥三世颁布一系列的诏令抵制偶像崇拜，命令军队摧毁一切圣像，迎来了毁坏圣像运动。圣索菲亚大教堂内的所🝚有宗教画像及雕像被移除。在伊琳娜女皇执政时期（797年－802年），圣像崇拜得到短暂的恢复，此后偶像破坏者卷土重来。拜占庭皇帝狄奥斐洛（thephil）深受艺术影响，而艺术是禁止偶像崇拜的。他将刻有画押字的青铜两翼门安装在大教堂的南面入口。
859🆙🏾年的大火对大😊⛒教堂造成破坏，而869年1🅬🉥月8日的地震使一个半圆顶倒塌，巴西尔一世下令复修。
989年10月25日发生强烈地震，破坏了大教堂的大圆顶，巴西尔二世委托阿美尼亚建筑师、阿尼及阿吉涅大教堂的创造者梯利达特（trdat🔗）修复圆顶，西面的圆拱及部份大圆顶是他主要的修复部分。大教堂的损毁程度使修复工作持续了六年，大教堂在994年5月13日重开。
君士坦丁七世在他的《典仪论🐙⛻》（deerenii）里记载了帝王及🍂🅐牧首⚏在圣索菲亚大教堂举行典礼仪式的详情。
在第四次十字军东征期间，大教堂被拉丁基督徒洗劫及亵渎。据史学家尼基塔斯蔡尼亚提斯（ahniate）所述，大教堂的一些圣物如耶稣墓碑的一块石头、圣母玛利亚之奶、耶稣裹尸布及多位圣人的骨头都被转送到西方，现今可🇨🛅🙽在西方多个博物馆内参观这些圣物。在拉丁帝国的占领下，圣索菲亚大教堂成为了罗马天主教会的主教座堂。鲍德温一世于1204年5月16日在圣索菲亚大教堂依照拜占庭传统加冕为王。在1204年发动拉丁十字军的威尼斯公爵恩里科丹多洛被葬在🁉🄀🝬教堂内，碑文显示了他的名字，成为了地面装饰。1261年，重夺君士坦丁堡的拜占庭人向碑文啐唾泄愤。不过，1847年至1849年的复修工程却令公爵坟墓的真确性遭到质疑，该坟墓更像是一个象征式墓地以作纪念。
拜占庭人重夺君士坦丁堡后，大教堂已显得相当破败，西面的四道扶壁大概就是在这时加建。1317年，安德洛尼卡二世在教堂东部及北部加建四道扶壁。1344年10月的地震使教堂的圆顶崩裂，部分建筑在1346年5月19日倒塌，教堂在此后关闭。135🝩🍳🌆4年，建筑师阿斯特拉及佩拉尔塔负责教堂的修缮工作。
奥斯曼土耳其人在1453年征🃴🜃⛄服君士坦丁堡，圣索菲亚大教堂随即被转换成阿亚索菲亚清真寺。当时教堂已相当残破，多道门窗剥落。多个西方访客都描述了当时教堂的状况，包括科尔多瓦贵族佩德罗塔富尔（pedrtafr）及佛罗伦斯的克里斯托福罗布隆戴蒙提（ritfrbi）。穆罕默德二世下令清理及将教堂转换为清真寺。继任苏丹巴🖧耶济德二世建造了一座新的叫拜楼替代他的父亲所建的叫拜楼。
在十六世纪，苏莱曼一世在征战匈牙利后带来了两🅬🉥根巨大的蜡烛，放置在清真寺米哈拉布的两侧。在塞利姆二世🅠🇿🞔统治时期，清真寺已显得老旧，被认为是世上首个🚦地震工程师之一的科查米马尔希南在清真寺外面加筑支撑结构。除了强化历史悠久的拜占庭建筑结构外，希南又在西端加建两座大型叫拜楼、苏丹专用的前座，又于1577年在东南方建造塞利姆二世的陵墓。1600年代，穆拉德三世及穆罕默德三世的陵墓建在塞利姆二世陵墓旁。
后来，清真寺再加设苏丹楼座、一个以大理石装潢的敏拜尔、一个布道用的讲台及一🞉个供宣礼员使用的凉廊。
穆拉德三世从帕加马运来了两个古希腊汉白玉大瓮，放置在清真寺正殿两侧。圣索菲亚大教堂坐落在蓝色清真寺对面。在1453年以前，一直是拜占庭帝国的主教堂，此后被土耳其人占领，改建成为清真寺。拜占庭建筑最光辉的代表是君士坦丁堡的圣索菲亚大教堂，是东正教的中心教堂。是拜占庭帝国极盛时代的纪念碑。圣索菲亚大教堂是集中式的，东西长770米，南北长710米。布局属于以穹隆覆盖的巴西利卡式。中央穹隆突出，四面体量相仿但有侧重，前面有一个大院子，正南入口有二道门庭，末端有半圆神龛。中央大穹隆，直径326米，穹顶离地548米，通过帆拱支承在四个大柱敦上。其横推力由东西两个半穹顶及南北各两个大柱墩来平衡。穹隆底部密排着一圈40个窗洞，教堂内部空间饰有金底的彩色玻璃镶嵌画。装饰地板、墙壁、廊柱是五颜六色的大理石，柱头、拱门、飞檐等处以雕花装饰，圆顶的边缘时40具吊灯，教坛上镶有象牙、银和玉石，大主教的宝座以纯银制成，祭坛上悬挂着丝与金银混织的窗帘，上有皇帝和皇后接受基督和玛利亚祝福的画像，圣索非亚大教堂的特别之处在于平面采用了希腊式十字架的造型，在空间上，则创造了巨型的圆顶，而且在室内没有用到柱子来支撑。君士坦丁大帝请来的数学工程师们发明出以拱门、扶壁、小圆顶等设计来支撑和分担穹隆重量的建筑方式，以便在窗间壁上安置又高又圆的圆顶，让人仰望天界的美好与神圣。由于地震和叛乱的烧毁，圣索非亚大教堂经历过数次重修，尤其公元532年查士丁尼大帝投入一万名工人、32万黄金、并花费六年光阴装饰圣索非亚大教堂。教堂是当时的城市中心。圣索非亚大教堂的大圆顶离地55米高，在17世纪圣彼得大教堂完成前，一直是世界上最大的教堂。
圣索非亚大教堂是靠图形和数字设计的。设计者中的一位是来自特拉列斯的安提缪斯是《燃烧的镜子》和《不平常的机械装置》这两篇著作的作者。第二位建筑师比安提缪斯年轻，他是来自米利都的伊西多尔，他针对亚历山大利亚的希罗的文章《论拱形建筑》写过一篇评论。安提缪斯和伊西多尔是阿基米德😶🅴学科方面的大师。