29 maja 1453 sułtan Mohmed i jego armia spełnili proroctwo proroka Mahometa, który powiedział, że Konstantynopol stanie się ziemią muzułmańską. Sułtan ukoronował swój podbój, przekształcając katedrę Hagia Sophia w meczet.
Budynek w obecnym kształcie powstał w latach 532-537 pod nadzorem cesarza Justyniana Wielkiego. Hagia Sophia, miejsce koronacji cesarzy bizantyjskich, przez prawie tysiąc lat była największą katedrą na świecie. Większość dekoracji przetrwała, a freski zostały odrestaurowane w czasach, gdy Hagia Sophia była muzeum.
Jest to najwspanialszy przykład architektury bizantyjskiej. Geometryczna koncepcja katedry oparta jest na wzorach matematycznych. Kolumny i płyty marmurowe sprowadzano z różnych części basenu Morza Śródziemnego. Abstrakcyjne wzory na ścianach powstały poprzez precyzyjne cięcie kamiennych bloków na kawałki i umieszczenie ich obok siebie niczym otwarta księga
Wśród wielu mozaik najbardziej godne uwagi są sześcioskrzydłe anioły, serafiny na każdej z czterech pendentyw głównej kopuły. Na uwagę zasługuje również mozaika przy wejściu pochodząca z X wieku. Przedstawia ona Matkę Boską z Dzieciątkiem i dwóch cesarzy bizantyjskich. Po lewej stoi Konstantyn, założyciel Konstantynopola, a po lewej Justynian I, fundator Hagii Sophii.
Podobnie jak wiele innych kościołów w Turcji, Hagia Sophia została zamieniona na meczet. Powszechnym problemem muzułmanów jest to, że budynki kościelne nie są zorientowane na Mekkę. Kościoły bizantyjskie usytuowane są w kierunku Jerozolimy. Odchylenie w pryzmatu Stambułu wynosi tylko około 5 stopni, co oznacza, że w przekształconej Hagii Sophii mihrab (nisza modlitewna) znajduje się na prawo od oryginalnego położenia ołtarza. Kierunek Mekki jest również zaznaczony na podłodze. Pomaga to muzułmanom zająć właściwą pozycję podczas do modlitwy.
W czasach imperium osmańskiego Turcy usunęli chrześcijańskie symbole i zainstalowali islamskie akcenty w Hagia Sophia. Są to nie tylko wysokie minarety i fontanna do oczyszczania przy wejściu. Islamskie akcenty wewnątrz obejmują mihrab (niszę modlitewną), minbar (podwyższoną platformę), przestrzeń modlitewną dla sułtana i oczywiście dywany modlitewne, które pokrywają oryginalną kamienną posadzkę z VI wieku. Zainstalowano również dzbany do oczyszczania. W XVI wieku z Pergamonu sprowadzono dwa ogromne marmurowe hellenistyczne dzbany. Każdy z nich wyrzeźbiony został z jednego kawałka kamienia w III wieku p.n.e. Wykonanie ich zajęło podobno trzy pokolenia rzemieślników.
