Xây dựng dưới thời hoàng đế Justinian tại Constantinople, do hai KTS Anthemius de Tralles và Isidorius de Miletus thiết kế. Trung tâm nhà thờ là mặt bằng hình vuông (75,6m x 68,4m), phía trên bao phủ bằng vòm bán cầu đường kính 33m (cao 51m tính từ nền) với cấu trúc vòm buồm.Tại phần tambour có 40 cửa sổ lấy ánh sáng.

Kích thước và cấu trúc của mái vòm là một kiệt tác về thiết kế, và tạo một sự đột phá về kết cấu, trở thành một thành tựu rực rỡ mà kiến trúc Byzantine đã đạt được.

Từ 1453 sau khi nhà thờ được đổi chức năng thành nhà thờ hồi giáo. Người Thổ Nhĩ Kỳ đã cho xây thêm 4 tháp nhọn Hồi Giáo ở 4 góc gọi là các tháp Minaret, tạo nên cảnh quan nhà thờ như ngày nay.

Nhà thờ Hagia Sophia đã là nhà thờ Cơ đốc giáo bề thế nhất và đẹp nhất ở phương Đông, là nhân chứng bền vững của lịch sử kiến trúc tôn giáo.