Собор Святой Софии (Айя София) был самой большой церковью, построенной в Восточной Римской империи. Когда она только была построена, то называлась Megale Ekklesia (Великая церковь). Начиная с V века, она стала известна как Айя-София.
Айя София считалась главным собором Византийской империи и была самой большой церковью города, где традиционно короновались императоры. Первая церковь на этом месте была построена в 360 году императором Константином I (337–361). Сегодня от первой церкви никаких следов не осталось. Однако считается, что кирпичи с надписью «Megale Ekklesia», которые сейчас встречаются в Айя Софии, первоначально принадлежали той самой первой церкви.
Вторая церковь, базилика с деревянной крышей, была перестроена императором Феодосием I в 415 году. Эта церковь была разрушена во времена правления императора Юстиниана I (527–565), 13 января 532 года, во время большого народного бунта, известного как восстание «Ника».
Нынешнее здание было построено двумя выдающимися архитекторами того времен, Исидором Милетским и Анфимием из Тралла, по приказу императора Юстиниана I. Считается, что на его строительстве работали более 10 тысяч рабочих. Он был завершен за короткий период в шесть лет и открыт для богослужения 27 декабря 537 года.
Сохранившиеся до наших дней украшения церкви время от времени снимались и переделывались. Под влиянием движения иконоборчества, которое считало поклонение иконам идолопоклонничеством и выступало за уничтожение икон, других изображений и памятников – стены были соскребаны, а украшения разрушены, но затем вновь восстановлены. Точно так же различные стихийные бедствия на протяжении многих лет приводили к необходимости ремонта конструкций Айя Софии.
Посланник Испании Руй Гонсалес де Клавихо, прибывший в Стамбул в 1402 году, отметил, что видел собор Святой Софии в опустошенном и запущенном состоянии. Таким образом, во время четвертого крестового похода Стамбул был оккупирован латинскими христианами между 1204 и 1261 годами. В этот период собор Святой Софии был разграблен вместе с остальной частью города.
За несколько лет до падения Константинополя, Айя София снова столкнулась с опасностью разрушения в результате землетрясения. По просьбе султана Мурада II турецкий архитектор Али Неккар был отправлен из Эдирне (тогдашняя столица Османской империи) для ремонта северной стороны церкви. Когда архитектор, выполнивший необходимое укрепление, вернулся в Эдирне, то сказал султану, что подготовил основание минарета в надежде, что в будущем это здание будет мечетью.
Когда султан Мехмед II взял город, ему дали почетные титулы Абуль-Фетх (Отец Завоеваний) и «Фатих» (Завоеватель). Как только он вошел в город, он посетил собор Святой Софии. Он провел там довольно много времени. Султан поднялся на крышу здания и посмотрел и на весь город, и на огромное здание собора. Он не мог скрыть своего восхищения размерами здания, но был расстроен увиденными разрушениями.
Султан Мехмед II предотвратил дальнейшее разрушение собора Святой Софии и после совершения первой молитвы превратил ее в мечеть. Он велел построить рядом с мечетью медресе, также был построен первый минарет на южной стороне. Позднее минарет был разобран во время ремонта 1574 года.
Чтобы собор Святой Софии мог действовать как мечеть, султан Мехмед II пожертвовал значительную часть своей казны фонду мечети. Все последующие османские султаны также внесли свой вклад в строительство дополнительных сооружений при мечети, ее ремонт и новые украшения.
В первой половине XIX века здание также сильно пострадало во время одного из сильнейших землетрясений в Стамбуле. Спустя сорок лет после капитального ремонта, проведенного султаном Махмудом II в 1809 году, она снова была подвергнута капитальному ремонту. В период с 1847 по 1849 год швейцарский архитектор Гаспаре Фоссати по приказу султана Абдулмеджида провел широкий спектр ремонтных работ.
Султан Абдулмеджид принимал активное участие в ремонте и обновлении мечети Айя София. Для султана был сделан новый павильон, где он мог отдохнуть и принять гостей. Опять же, внутри мечети был построен «Хюнкар Махфили», сооружение в молитвенном зале мечети, используемое для поклонения султаном, его семьей и высокопоставленными правительственными чиновниками. Также была обновлена каменная изгородь, окружающая двор.
В результате землетрясения 1894 года мечеть Айя София снова пострадала. На штукатурке стен появились трещины, а большие мозаичные поверхности были повреждены. По приказу султана Абдулхамида II здание было укреплено, а повреждения отремонтированы.