Izgrađena je 537. godine i predstavljala je pravoslavnu crkvu. Za njenu gradnju je bilo potrebno 5 godina. Bila je najveća crkva tog vremena. Kada je car Justinijan ušao u tek izgrađenu crkvu prva njegova rečenica unutar nje glasila je: „Solomone, nadmašio sam te“. Time je aludirao na bogatog jevrejskog vladara koji je sagradio Prvi Hram u Jerusalimu.
1453. godine padom Vizantijskog carstva i dolaskom Osmanskog Aja Sofija postaje džamija. Zatim su sagređena 4 minareta i učinili je džamijom.
1923. prvi predsednik moderne Republike Turske Mustafa Kemel Ataturk je ovu džamiju pretvorio u muzej.