De kathedrale kerk van Constantinopel werd tussen 532 en 537 gebouwd, toen de stad de hoofdstad was van het Byzantijnse Rijk, en de zetel van de belangrijkste aartsbisschop van het Oosters christendom. Voor 532 hadden er op dezelfde plaats al twee eerdere kerken gestaan. De eerste, genaamd Megale Ekklesia ("Grote Kerk"), werd in 360 gebouwd in opdracht van keizer Constantius II. Na beschadiging door brand en rellen in 404 liet keizer Theodosius II in 415 een nieuwe kerk bouwen, die op haar beurt in 532 bij het Nika-oproer werd verwoest. Keizer Justinianus I gaf hetzelfde jaar opdracht tot de bouw van een kathedraal, het huidige gebouw, dat centraalbouw combineert met axiaalbouw.

De kathedraal werd in slechts vijf jaar gebouwd, onder leiding van Isidorus van Milete en Anthemios van Tralles, beiden zonder eerdere bouwervaring. Tien van de circa 18 meter hoge donkergroene pilaren van het huidige gebouw werden aan de antieke tempel van Artemis in Efeze onttrokken.[noot 1] De koepelzaal van de kathedraal is 55 meter hoog. Om het gewicht van het plafond van de koepelzaal te beperken werden holle bakstenen gebruikt, die op het eiland Rodos waren gebakken. In 537 werd de Hagia Sofia, (kerk van de) Goddelijke Wijsheid, ingewijd.

Op 7 mei 558 stortte de koepel in, waarschijnlijk ten gevolge van een aardbeving een jaar eerder. De volgende, huidige koepel werd met een iets kleinere diameter, namelijk 33 meter, herbouwd. Vier zware bogen, die door contreforten of steunberen worden gesteund, dragen de gemetselde koepel. De druk van de koepel wordt door pendentieven (hoekzwik) op de gehele boog overgebracht. Deze bouwwijze, een koepel op pendentieven, is later vele malen herhaald.

De bouw was van grote symbolische betekenis voor de orthodoxe Kerk en het Byzantijnse Rijk, en is het eerste voorbeeld van Byzantijnse architectuur. De Hagia Sophia was eeuwenlang de grootste kathedraal, en de belangrijkste christelijke kerk, ter wereld. De kathedraal verwees naar de joodse tempel in Jeruzalem en was inwendig zo imposant dat keizer Justinianus zou hebben uitgeroepen "Geprezen zij God, dat ik waardig ben bevonden om zo'n werk te laten verrichten; ik heb Salomon overtroffen!"[1]

Nadat de kruisvaarders in 1204 Constantinopel hadden ingenomen en hun leider Enrico Dandolo de keizerskroon had geweigerd, kozen ze op 9 mei van dat jaar voor Boudewijn IX van Vlaanderen. Op 16 mei werd hij in de Hagia Sophia tot Latijnse keizer van Constantinopel gekroond. Dandolo overleed kort nadien en werd in de kerk begraven. Bij de herovering van Constantinopel op de kruisvaarders in 1261, maakten de Byzantijnen het graf van Dandolo leeg en gooiden ze zijn gebeente voor de honden.[2] De Ottomanen lieten het graf definitief verwijderen, maar in de 19e eeuw brachten Italiaanse restauratoren een merksteen aan in de vloer van de waarschijnlijke locatie van het voormalige graf (oostgalerij).[3]

Op 10 november 1452 richtten de Ottomanen onder sultan Mehmet II een blokkade op rond Constantinopel en trachtten de stad te veroveren. Toen de verdedigers inzagen dat de inname van Constantinopel nabij was, kwamen ze op 28 mei 1453 tezamen in de Hagia Sophia, baden tot God en schonken elkaar vergeving. Een dag later viel de stad. Na de verovering werd de Hagia Sophia een moskee en ging Aya Sofia heten. Hiervoor werd het gebouw voorzien van minaretten en werd het kruis op de centrale koepel vervangen door een halve maan. Binnenin werden zes platen met de namen van Allah, Mohammed en de vier rechtgeleide kaliefen aangebracht. De Byzantijnse muurschilderingen en mozaïeken werden met een witte pleisterlaag bedekt.

In 1934 werd de moskee door Mustafa Kemal Atatürk tot een seculier gebouw gemaakt en werd het een museum. Oude mozaïeken werden opnieuw zichtbaar gemaakt. In 1985 werd het gebouw door de UNESCO tot werelderfgoed verklaard, samen met andere gebouwen in Istanbul.

De architectuur van de Hagia Sophia werd de basis voor alle moskeeën die, na de verovering van Constantinopel, werden gebouwd in het Ottomaanse Rijk. Ook de latere Turkse moskeeën in Nederland werden gebouwd met een dominante koepelvorm.[noot 2]

Citefout: Er bestaat een label <ref> voor de groep "noot", maar er is geen bijbehorend label <references group="noot"/> aangetroffen