Ayasofya, Bizans devrinde üç defa yapılır. İmparator Konstantinos tarafından 360 senesinde yapılan birinci kilisenin üstü ahşap ile kapalıdır. İmparator Arkadiosun ve karısı Eudoksia, İstanbul Patriği Ioannesi sürünce halk ayaklanması çıkar ve yakılıp yıkılır (404). İmparator II. Theodosios tarafından inşa edilen bazilika da maviler yeşiller geriliminde ortadan kalkar (Nika İsyanı, 532).
Ve Justinianos devrin iki ünlü mimarı Miletli Isidoros ile Aydınlı Anthemiosa şimdiki binayı yaptırır. Aspendos, Ephesos, Baalbek ve Tarsustan sütunları getirir, beyaz mermerler Marmara adasından, yeşil somakileri Eğriboz adasından, pembe mermerleri Afyondan, sarı mermerler Kuzey Afrikadan taşıtırlar.