El carácter único del diseño de Santa Sofía demuestra cómo esta estructura es uno de los monumentos más avanzados y ambiciosos de la antigüedad.

En un principio, bajo el reinado de Justiniano, la decoración interior consistía en diseños abstractos de las losas de mármol en las paredes y mosaicos en las bóvedas de curvatura. En etapas posteriores se añadieron mosaicos figurativos, los cuales fueron destruidos durante la controversia iconoclasta (726-843). Actualmente, lo que vemos son mosaicos de la época post-iconoclasta. El número de tesoros, reliquias y milagros de trabajo,  los iconos pintados de la iglesia de Santa Sofía creció progresivamente hasta convertirse en una impresionante colección. Además de los mosaicos, un gran número de decoraciones figurativas se agregaron durante la segunda mitad del siglo noveno: una imagen de Cristo en la cúpula central; santos ortodoxos, los profetas y los Padres de la Iglesia en los tímpanos a continuación, los personajes históricos relacionados con esta iglesia, como el Patriarca Ignacio; algunas escenas del evangelio en las galerías.

Urnas de lustración

Dos enormes urnas de mármol fueron traídas desde Pérgamo durante el reinado del sultán Murad III. Originario de la época helenística, fueron talladas en un solo bloque de mármol.

Urnas de lustración

Portales

El mosaico bizantino sobre el portal representa a Cristo y el emperador León VI el Sabio. Una larga rampa de la parte norte del atrio exterior conduce a la galería superior.

Galería superior

La galería superior se presenta en forma de herradura que rodea la nave hasta el ábside. Varios mosaicos se conservan en la galería superior, un área tradicionalmente reservada a la emperatriz y su corte. Cabe reseñar, que los mosaicos mejor conservados se encuentran en la parte sur de la galería.

Recinto de la Emperatriz

Está situado en el centro del recinto superior, o galería, de la iglesia de Santa Sofía. A partir de ahí la emperatriz y las damas de la corte podían ver todo lo que sucedía debajo. Como detalle, una piedra verde marca el punto donde estaba el trono de la emperatriz.

Recinto de la emperatriz

Puerta de Marmol

La puerta de mármol en el interior de la maravilla se encuentra en el recinto sur superior. Fue utilizada por los participantes en los sínodos, que entraban y salían de la cámara de reunión a través de esta puerta.

Puerta de Marmol

Minaretes

Uno de los minaretes (al suroeste) fue construido de ladrillo rojo, mientras que los otros tres fueron construidos de piedra caliza y piedra arenisca, de los cuales el delgado en el noreste fue erigido por el sultán Bayaceto II mientras que los dos minaretes más al oeste se levantaron por el sultán Selim II y diseñado por el famoso arquitecto otomano Mimar Sinan.