Bizans tarihçileri (Theophanes, Nikephoros, Gramerci Leon) ilk Ayasofya’nın İmparator I. Constantinus (324-337) zamanında yapıldığını ileri sürmüşlerdir. Birinci Ayasofya’nın inşasına Konstantinos zamanında başlanmışsa da inşaatin 360 yılında tamamlandığı sanılmaktadır. Bazilika planlı, ahşap çatılı bu yapı, bir ayaklanma sonunda yanmıştır. Bu yapıdan hiçbir kalıntı günümüze gelmemiştir.
Dünyanın 8.harikalarından birisi sayılan Ayasofya, Sanat Tarihi ve mimarlık dünyasının 1 numaralı yapısı hüviyetindedir. Bu yaşta ve bu ebatta zamanımıza gelebilmiş ender eserlerdendir. Orijinal adı Hagia Sofia olan, Türklerin Ayasofya dedikleri yapı yanlış bir şekilde, Saint Sofia olarak bilinir. Bazilika, Sofia isimli bir azizeye değil, Kutsal Hikmet’e ithaf edilmişti. Önceki bir pagan mabedinin yerinde yapılmış 3 ayrı bazilika aynı isimle anlatılmıştı. İmparator Büyük Konstantin devrinde kilise yapılmadığı halde, bazı kaynaklar, ilk Ayasofya Bazilikasının onun tarafından yaptırıldığını iddia ede gelmiştir. Küçük ölçülerdeki ahşap çatılı ilk yapı 4. yy. ikinci yarısında Büyük Konstantin’in oğlu Konstantinus zamanında yapılmıştı. 404 yılında, bir isyan sırasında yanan ilk yapının yerine, daha büyük ölçülerde inşa edilen 2. kilise 415 yılında törenle açılmıştı. 532 yılında Hipodromda yapılan bir araba yarışı sonucu çıkan kanlı isyan on binlerce şehirlinin ölümüne ve pek çok binanın yakılmasına sebep olmuştu. “Nika” isyanı diye bilinen ve İmparator Justinyen aleyhine gelişen bu isyanda Ayasofya Kilisesi de yakılmıştı.
İsyanı zorlukla bastıran İmparator Justinyen “Adem’den beri hiçbir devirde görülmemiş ve görülmeyecek” bir ibadethane yapmak için harekete geçti. Önceki bazilikanın kalıntılarının üzerine 532 yılında yapılmaya başlanan, Hıristiyanlık âleminin bu en büyük kilisesi beş yılda tamamlanarak, 537’de merasimlerle açıldı. İmparator hiçbir masraftan kaçınmayarak devlet hazinesini mimarların önüne saçtı. (Tralles’li Anthemius ile matematikçi, Miletoslu İsidorus) Kubbe inşaatı Roma mimarisi tarafından geliştirilmiştir, Bazilika planı da eski devirlerden beri tatbik edilmekte idi. Yuvarlak yapıların üzerleri çok büyük ölçüde kubbe ile örtülebilmişti. Ancak Justinyen Ayasofya’sındaki gibi dikdörtgen bir mekan ortasında, dev ölçüde bir merkezi kubbe yapımı, mimarlık tarihinde ilk kez deneniyordu. Rahiplerin koruyucu duaları okumaları devam ederken, İmparatorluğun hemen her yerinde mevcut olan erken devir kalıntılarından getirtilen çok sayıda ve değişik mermer parçaları, sütunlar yapıda kullanıldı. Sonraları da bu devşirme malzeme ve bilhassa sütunlar için, neye yarayacağı anlaşılmaz, bir sürü orijin hikayesi uyduruldu. Justinyen devrinde Ayasofya bir zevk ve gösteriş ürünü olarak ortaya çıkmıştı. Sonraki devirlerde ise bir efsane ve sembol olarak kabul edilmiştir. Bin yıl süre ile aşılamayan ölçüleri yanında finans zorlukları ve teknik yetersizliklerden ötürü efsanevi görülmüş, böyle bir yapının ancak kutsal kuvvetlerin yardımı ile yapılabileceği zannedile gelmişti. Ayasofya bir 6yy. Bizans devri eseri olmakla beraber, ön misali olmayan, sonraki devirlerde de taklit edilmeyen Roma mimari geleneğine bağlı bir “Deneme” dir. Dış ve iç görünüşteki tezat ve iri kubbe Roma’nın mirasıdır. Dış görünüş zarif değildir, proporsiyonlara dikkat edilmemiş, bir kabuk gibi yapılmıştır. Bunun tersine iç görünüm saray gibi görkemlidir, göz alıcıdır; yapı, dev bir “İmparatorluk” eseridir. Açılış merasiminde heyecanına hakim olamayan İmparator atların çektiği arabası ile içeriye dalmış, Tanrıya şükür ederek, Süleyman Peygambere üstün çıktığını haykırmıştı. Bazilika etrafını çevreleyen yüksek binaları ile büyük bir dini merkez olarak gelişmişti. Bizans İmparatorları ile Doğu Hıristiyan kilisesinin yüzyıllar sürecek çekişmeleri için sahne artık hazırdı. Eşsiz ve üstünlüğüne rağmen yapının hayati önemde hataları vardı. En önemli mesele kubbenin iriliği ve yan duvarlara yaptığı basınç idi. Böylesine bir kubbenin ağırlığının temellere aktarılması için lazım olan mimari unsurlar o devirde henüz tam gelişmemişti. Yanlardan dışa doğru eğilen duvarlar orijinal, basık kubbenin 558 yılında yıkılmasına şahit oldular. Yapılan ikinci kubbe daha yüksek ve daha küçük çaplı tutulmuştu. Bu kubbenin de yarıya yakın kısmı 10 ve 14 yy’’arda 2 defa daha çökmüştür.
Ayasofya her devirde hazineler dolusu sarflar yapılarak ayakta tutulabilmiştir. Türk’lerin şehri 1453 yılında fethetmeleri, harap durumdaki Ayasofya’nın derhal camiye çevrilerek kurtarılmasına sebep olmuştur. Türk mimarı Koca Sinan’ın 16.yy.da eklediği payanda duvarları, 19. yy. ortasında Mimar Fossati kardeşlerin ve 1930’dan itibaren yapılan diğer restorasyonlar ve kubbenin demir kuşak ile çevrilmesi önemli tamirlerdi. 2000 li yılların restorasyonları, mevcut madeni portatif iskele ile daha seri yapılabilecektir. Ayasofya 916 yıl baş kilise ve 477 yıl cami olarak, aynı tanrıya inanan 2 değişik dinin hizmetinde olduktan sonra Atatürk’ün emri ile müze yapılmıştır. 1930-1935 yılları arasında ortaya çıkartılıp temizlenen bir kısım mozaikler Bizans’ın önemli sanat eserleri arasında yer alırlar. Bizans ve Osmanlı döneminin izlerini taşıyan muhteşem mimarisi ile ülkemizin en çok ziyaret edilen ilk üç müzesinden biridir.