=== 第一代教堂 ===

第一代教堂被稱為「大教堂」（[[希臘語]]：Μεγάλη Ἐκκλησία (Megálē Ekklēsíā)；[[拉丁語]]：Magna Ecclesia），在360年2月15日[[君士坦提烏斯二世]]在位時啟用<ref>{{cite book | language = en | author = Jonathan Bardill | title = ''Brickstamps of Constantinople'' | series = 第1-2卷 | date = 2004年 | publisher = Oxford University Press | isbn = 0199255229 | pages = 第54頁 }}</ref>，大教堂建在正在興建中的帝國皇宮旁。附近的[[伊蓮娜教堂]]在較早時已建成並作為主教座堂，直至聖索菲亞大教堂建成<ref name=autogenerated2>{{cite book | language = en | author = Dennis O'Neill | title = ''Passionate Holiness: Marginalized Christian Devotions for Distinctive Peoples'' | url = http://books.google.com/books?id=qjl1H9GcetMC&pg=PA53#v=onepage&q=&f=false | date = 2010年 | publisher = Trafford Publishing | isbn = 1426925050 | pages = 第53頁 }}</ref>。這兩所教堂同為拜占庭帝國最重要的教堂。

[[索克拉蒂斯]]（380年－440年）記述了第一代教堂，認為它是[[君士坦丁一世 (羅馬帝國)|君士坦丁一世]]所建。它被建為拉丁柱廊式的大教堂，附有長廊及木制屋頂，還有一個[[天井]]<ref>{{cite book | language = en | author = W. R. Lethaby、Harold Swainson | title = ''The Church of Sancta Sophia, Constantinople a Study of Byzantine Building'' | date = 2004年 | publisher = Kessinger Publishing | isbn = 1417948396 | pages = 第18頁 }}</ref>。它在當時被譽為世上最出色的歷史建築物之一。

拜占庭人重奪君士坦丁堡後，大教堂已顯得相當破敗，西面的四道扶壁大概就是在這時加建。1317年，[[安德洛尼卡二世]]在教堂東部及北部加建四道扶壁。1344年10月的地震使教堂的圓頂崩裂''Ayasofya''，第41頁，部分建築在1346年5月19日倒塌，教堂在此後關閉。1354年，建築師阿斯特拉及佩拉爾塔負責教堂的修繕工作。

=== 清真寺 ===

奧斯曼土耳其人在1453年征服君士坦丁堡，聖索菲亞大教堂隨即被轉換成阿亞索菲亞清真寺。當時教堂已相當殘破，多道門窗剝落。多個西方訪客都描述了當時教堂的狀況，包括[[科爾多瓦 (西班牙)|科爾多瓦]]貴族[[佩德羅·塔富爾]]（Pedro Tafur）<ref>{{cite book | language = en | author = Pedro Tafur | title = ''Travels and Adventures'' | date = 1926年 | publisher = Routledge | pages = 第138-148頁 }}</ref>及[[佛罗伦萨|佛羅倫斯]]的[[克里斯托福羅·布隆戴蒙提]]（Cristoforo Buondelmonti）<ref>{{cite book | author = G. Gerola | title = ''Le vedute di Costantinopoli di Cristoforo Buondemonti'' | date = 1931年 | pages = 第247-279頁 }}</ref>。[[穆罕默德二世 (奥斯曼帝国)|穆罕默德二世]]下令清理及將教堂轉換為清真寺。繼任蘇丹[[巴耶濟德二世]]建造了一座新的[[叫拜樓]]替代他的父親所建的叫拜樓。

===== 圆顶 =====

聖索菲亞大教堂的圓頂因其建築師對圓頂的創新想法而使藝術史學家、建築師及工程師產生了興趣。圓頂由[[帆拱]]支撐，這在此前是從未出現的。帆拱可令圓頂得以接駁在下面由柱子組成的方面<ref>{{cite book | language = en | author = Fred S. Kleiner | title = ''Gardner's Art Through the Ages: The Western Perspective'' | date = 2009年 | publisher = Cengage Learning | isbn = 0495573604 | pages = 第235頁 }}</ref>。帆拱不僅可以達到令人滿意的美學效果，又可穩定圓頂的側面，使圓頂的重量得以引向下方。

雖然這種設計有助於穩定圓頂及其周邊的牆壁和拱形結構，但是建造聖索菲亞大教堂的牆壁卻弱化了整體建築的結構。[[砌磚工人]]使用了更多的[[砂漿]]，而不是[[磚]]块，因而牆壁較為弱。如果工人能夠在鋪設另一層磚塊之前先讓砂漿凝固，結構會更為穩固。然而他們直接在建築上面架上圓頂，由於下方的砂漿仍未乾透，圓頂的重量使牆壁向外彎曲。這使得伊西多拉在重建圓頂之前必須先把內壁建好，垂直的牆壁方能支撐新圓頂的重量。圓頂的高度也在重建時作出了调整，伊西多拉把圓頂的高度提升了大約6公尺，使側面的力量減弱，圓頂的重量可以更容易地卸到牆壁上。