W oparciu o niektóre z historycznych źródeł będziemy mogli dojść do wniosków, że kościół mądrości bożej w formie bazyliki istniał już w czasach panowania Konstantyna wielkiego na początku wieku czwartego. O wiele bardziej wiarygodnym wydawać będzie się jednak, że za ufundowanie budowy odpowiedzialny będzie jego syn, kilkadziesiąt lat później. Wkrótce potem jednak kościół zostaje zajęty przez płomienie w czasie zamieszek w mieście, które mają miejsce w roku 404. Nowa świątynia powstaje w tym miejscu w czasie panowania Teodozjusza drugiego, która zostaje jednak ponownie zniszczona w 532. W tym samym roku Justynian zwany Wielkim poleca jednemu z inżynierów i matematyków rozpoczęcie odbudowy świątyni. Zgodnie z opisami cesarz miał brać czynny udział w planowaniu kościoła oraz rozwiązywaniu poszczególnych z detali architektonicznych. Opierając się o legendę można uznać, że cesarz swoje inspiracje czerpał przede wszystkim z rozmów, które prowadzić miał z aniołami. Po zakończeniu budowy, dokładniej kilkanaście lat po niej zapada się jednak kopuła kościoła, co ma miejsce z powodu trzęsienia ziemi – następnie kościół nawiedzają wielokrotne i powtarzające się pożary, jednak za każdym razem miejsce miał szybki jego remont. Kolejny ważny okres jeśli chodzi o wydarzenia powiązane z Hagia Sofia to czas ikonoklazmu. Ostatnie nabożeństwa miały tutaj miejsce w maju roku 1483 i brali w nich udział katoliccy oraz prawosławni obrońcy Bizancjum przed Turkami.
