Hagia Sofian paikalla oli aluksi ollut [[Constantius II]]:n rakennuttama kirkko, joka oli rakennettu vanhan [[Apollon]] temppelin raunioiden paikalle. Tämä kirkko tuhoutui 15. tammikuuta 532 niin sanotun [[Nika-kapina]]n yhteydessä. Keisari [[Justinianus I]] päätti rakennuttaa vanhan paikalle uuden kirkon. Sen arkkitehdit olivat [[Platonin Akatemia]]n viimeinen johtaja [[Isidoros Miletoslainen]] ja [[Anthemios TralleslainenTralleislainen]].<ref name="ox" /> Justinianuksen tavoite oli rakentaa kaikkien aikojen loisteliain kirkko. Kirkon valmistuttua hänen kerrotaan huudahtaneen: ”Olen voittanut sinut, Salomo!” Kirkon 55 metriä korkeaa kupolia reunustaa kaksi puolikupolia, ja sen alareunassa olevat 40 ikkunaa luovat vaikutelman, että kupoli leijuu ilmassa.<ref name="mh">{{Kirjaviite | Nimeke = Maailmanhistorian pikkujättiläinen| Julkaisija = WSOY| Vuosi = 2003| Tekijä = Seppo Zetterberg (toim.) | Luku = | Sivut = 227–228| Selite = | Julkaisupaikka = Porvoo| Tunniste = | Isbn = 951-0-15101-7 | Viitattu = }}</ref> Hagia Sofia vihittiin käyttöön 27. joulukuuta 537<ref name="ox">{{Kirjaviite | Tekijä = Kazhdan, Alexander P. | Nimeke =The Oxford dictionary of Byzantium | Vuosi =1991 | Sivu =892 | Julkaisija =Oxford University Press | Tunniste = ISBN 978-0-19-504652-6| Kieli ={{en}}}}</ref>. Kirkon suuri kupoli romahti maanjäristyksen yhteydessä vuonna 557, mutta se jälleenrakennettiin ja kirkko vihittiin jälleen käyttöön vuonna 563. Hagia Sofiasta tuli pian Konstantinopolin ja koko [[Bysantin valtakunta|Bysantin valtakunnan]] tärkein kirkko ja myös tärkein [[Bysantin arkkitehtuuri|bysanttilaista arkkitehtuurin tyyliä]] edustava rakennus.
