Hagia Sofia byla postavena na popud byzantského císaře Justiniána na místě, kde stály již dříve dva starší chrámy Boží Moudrosti z let 335 a 415. Architekty stavby byli Isidor z Milétu a Anthémios z Trallu a byla vysvěcena 27. prosince 537. Na vnitřní výzdobě mozaikami a freskami se pracovalo dalších více než sto let. Dodnes je nejvýznamnější památkou byzantské architektury a symbolem celého Istanbulu. Již roku 558 se její kopule při zemětřesení zřítila, další zemětřesení v letech 989 a 1346 neměla tak ničivý účinek.Po dobytí Konstantinopole Osmany roku 1453, byla Hagia Sofia přebudována na mešitu, figurální křesťanské mozaiky byly zakryty. Chrám se stal hlavní – nyní již istanbulskou mešitou, podle jejího vzoru se začaly stavět další mešity nejdříve ve městě a později v celé osmanské říši.
Roku 1934 nařídil Mustafa Kemal Atatürk, tehdejší prezident Turecké republiky, že Hagia Sofia bude sekularizována a přebudována na muzeum.
