Исторический памятник, расположенный в районе Эминоню напротив мечети Султан Ахмет, с первых дней назывался «Мегало Еклесия», что означает «Большая церковь». Свое нынешнее название «Айа София» он получил в конце V века.
Айа София, открытая для прихожан 15 Февраля 360 г., была частично разрушена во время пожара 404 г. Затем она была отреставрирована во время правления императора Теодосия II (405- 450) и 10 Октября 415 г была заново открыта для прихожан. В результате мятежа 532 г. церковь была полностью сожжена. Император Юстиниан I поручил строительство Айа Софии двум выдающимся архитекторам - Анфемиосу из Траллеса и Исидору из Милета. Колонны и камни, использованные для строительства церкви, были привезены в Константинополь из различных областей. В постройке участвовали сотни мастеров и десять тысяч рабочих. Строительство продолжалась 5 лет и было завершено 27 Декабря 537 г.
После завоевания Стамбула султаном Мехмедом Фатихом (Завоевателем) начался новый период для Айа Софии. Айа София, столетиями служившая церковью, во время правления султана Мехмеда Фатиха была преобразована в мечеть, а в западной части строения, где расположен полукупол, возводится деревянный минарет. Во времена правления султана Байезида II был пристроен еще один минарет, а в период султана Селима - два минарета. Во время правления султана Махмуда I были построены библиотека (1739), шадырван, который является самым красивым образцом оттоманской архитектуры (1740), начальная школа и помещение для служителей мечети (1742). А дошедшие до наших дней с 16-го столетия михраб, кафедра для мюедзина и трон являются истинными произведениями искусства.
Основное здание ансамбля имеет девять входных ворот. Купол базилики высотой 55,6 м. и диаметром 32 м. крепко посажен на четыре колонны высотой 24,3 м. Белый мрамор, которым покрыт неф мечети, был завезен из Принцевых Островов, розовый мрамор с прожилками - из Карахисар Афён, зеленые порфиры - из Тесельи и Моры, порфир - из Египта, а желтые мрамор - из Алжира. Потолки покрыты мозаикой, а стены местами украшены красочными камнями и восхитительной керамикой. Надписи на стенах исторического сооружения принадлежат известным каллиграфам периода Оттоманской империи.
В ансамбле Айа София находятся могилы многих султанов. Среди них Султан Селим II, Султан Мурат III, Султан Мехмет II, Султан Мустафа I, Султан Ибрахим и некоторые некоторые из членов Оттоманской династии.
В 1931 г. с разрешения Турецкого Правительства американский профессор Т. Виттемор начал работы по реставрации цветных картин и мозаик, покрытых известковым слоем во время Оттоманской империи. В 1934 г., пока продолжались работы, было издано постановление, согласно которому Айа София стала музеем. В 1935 г. она была открыта для посетителей в качестве музея. Реставрационные работы музея продолжаются и по сей день.