Come rievoca già il nome in turco, Aya Sofya nacque come chiesa cristiana dedicata alla "Santa Sapienza". La sua costruzione fu voluta da Costantino come cattedrale della nuova capitale, ma fu conclusa solo dopo la sua morte. Infatti in quegli anni la chiesa era ancora in costruzione, e venne consacrata solo nel 360, al tempo di Costanzo II che la fece ingrandire e la costruzione divenne la chiesa episcopale di Costantinopoli. Dopo un incendio fu riedificata da Teodosio II, e riconsacrata nel 415. Della basilica teodosiana sussiste ancora un piccolo edificio circolare laterale, la sacrestia.
Divenne poi moschea ottomana il 29 maggio 1453. Con la caduta di Costantinopoli, infatti, la chiesa fu trasformata in moschea e in epoche successive vennero aggiunti i quattro minareti.
