Купол. Огромный купол имеет диаметр 33 м и высоту 55 м над уровнем пола. Купол опирается на паруса, которые поддерживают четыре мощных столба; с востока и запада к куполу примыкают два больших полукупола, которые, в свою очередь, передают распор меньшим экседрам; с севера и юга купол опирается на арки с очень широким пролетом.

Внутреннее пространство. Вход в храм предваряют широкий атриум (двор), экзонартекс (вестибюль) и просторный нартекс (отделенная от основного пространства западная часть храма, предназначавшаяся для готовящихся принять крещение). Внутреннее пространство храма устроено таким образом, что глаз зрителя скользит по вогнутым поверхностям арок, экседр и полукуполов и устремляется к огромному куполу. Боковые нефы и галереи второго яруса открываются в главный неф аркадами на порфировых колоннах. Стены облицованы мрамором. Резные капители колонн сохранили следы позолоты. Все вогнутые поверхности полукуполов и арок были украшены золотой мозаикой, которая сверкала в изменчивом свете, словно драгоценные камни. Общее впечатление от интерьера – сияющее красочное великолепие, богатство отделки и деталей. Алтарная преграда была сделана из чистого серебра, из серебра или золота были сделаны все лампады, канделябры и паникадила, а многочисленные реликварии с мощами святых – из золота и драгоценных камней. В конце 11 в. император Алексей Комнин говорил, что в Святой Софии сосредоточено больше сокровищ, чем во всех остальных храмах Константинополя вместе взятых, и больше, чем в храме Соломона.

После турецкого завоевания. Святая София была главным храмом восточно-христианского мира до завоевания Константинополя в 1453. Турки пощадили храм, однако превратили его в мечеть: крест над куполом заменили полумесяцем, убрали иконостас, алтарную преграду, амвон и патриарший престол. Вопреки распространенному мнению, великолепные мозаики были покрыты штукатуркой не сразу: многие из них видел и зарисовал французский путешественник Грело в 1675. Постепенно интерьер храма приспособили к нуждам мусульманского вероисповедания, пристроили четыре минарета и отремонтировали купол, укрепив его снаружи контрфорсами, и наконец закрыли мозаики. В 1847–1849 их открыл и отреставрировал Фоссати, но затем их снова покрыли штукатуркой.

В 1931 Мустафа Кемаль Ататюрк дал разрешение директору Американского византийского института Т.Уайтмору провести раскрытие и научную реставрацию мозаик, что и было осуществлено при поддержке Фонда Генри Адамса. В 1934, по указу Ататюрка, Святая София перестала функционировать как мечеть, а в 1935 стала музеем. К 1948 была закончена реставрация мозаик нартекса, южного вестибюля, южной галереи и апсиды.

Влияние Святой Софии на дальнейшее развитие архитектуры. Храм св. Софии остался непревзойденным творением византийского зодчества, его план и архитектурная декорация стали источником вдохновения для многих мастеров на всем протяжении существования Византийской империи. Конструкция купола на парусах, впервые использованная в Святой Софии, нашла широкое применение в церковной архитектуре.