横推力由东西两个半穹顶及南北各两个大柱墩来平衡。穹隆底部密排着一圈40个窗洞，教堂内部空间饰有金底的彩色玻璃镶嵌画。装饰地板、墙壁、廊柱是五颜六色的大理石，柱头、拱门、飞檐等处以雕花装饰，圆顶的边缘时40具吊灯，教坛上镶有象牙、银和玉石，大主教的宝座以纯银制成，祭坛上悬挂着丝与金银混织的窗帘，上有皇帝和皇后接受基督和玛利亚祝福的画像，圣索非亚大教堂的特别之处在于平面采用了希腊式十字架的造型，在空间上，则创造了巨型的圆顶，而且在室内没有用到柱子来支撑。君士坦丁大帝请来的数学工程师们发明出以拱门、扶壁、小圆顶等设计来支撑和分担穹隆重量的建筑方式，以便在窗间壁上安置又高又圆的圆顶，让人仰望天界的美好与神圣。由于地震和叛乱的烧毁，圣索非亚大教堂经历过数次重修，尤其公元532年查士丁尼大帝投入一万名工人、32万黄金、并花费六年光阴装饰圣索非亚大教堂。教堂是当时的城市中心。圣索非亚大教堂的大圆顶离地55米高，在17世纪圣彼得大教堂完成前，一直是世界上最大的教堂。

圣索非亚大教堂是靠图形和数字设计的。设计者中的一位是来自特拉列斯的安提缪斯是《燃烧的镜子》和《不平常的机械装置》这两篇著作的作者。第二位建筑师比安提缪斯年轻，他是来自米利都的伊西多尔，他针对亚历山大利亚的希罗的文章《论拱形建筑》写过一篇评论。安提缪斯和伊西多尔是阿基米德学科方面的大师。

圣索非亚大教堂是拜占庭式建筑的代表作，创造了以帆拱上的穹顶为中心的复杂拱券结构平衡体系。是世界上唯一由神庙改建为教堂、并由教堂改为清真寺的圣索菲大清真寺。圣索菲亚大教堂是330年时由君士坦丁大帝修建的，6世纪时查士丁尼大帝把教堂改建成现在的模样。奥斯曼帝国时期，圣索菲亚教堂改建为清真寺，周围矗起四座高塔。教堂主体为长形，内壁全用彩色大理石砖和五彩斑斓的马赛克镶嵌画装点铺砌。

圆顶由两个半球形拱门支撑。17世纪时，仿效公元前腓尼基人昂蒂帕特提出的“七大奇迹”的说法，提出现代世界“七大奇迹”，圣索菲亚教堂就是其中之一。从教堂内一侧的昏暗、狭窄的碎石铺就的通道蜿蜒而上，能到达环绕教堂内三面的两层长廊。教堂外的净洗池显示着教的色彩。

圣索非亚大教堂内部的装饰，除了各种雕刻之外，也包括运用有色大理石镶成的马赛克拼图。

从公元4到6世纪开始，教会逐渐对教义与救赎的观念有渐深的认知，同时希腊罗马文化圈重视肖像与美的传统也逐渐对基督教产生影响，信徒除了透过传统的谕言故事与象征手法来理解教义，也逐渐产生将圣母、圣子、圣徒等人物画像化的需求。教会中认为圣人的人物画像就等于触犯圣经中不得膜拜偶像的规定的一派，与另一派认为人物画像可以让信徒更容易理解神的精神、有助传教，两派间的歧异日渐加深。

公元692年教会会议中授与基督人像化的合法性，但公元730年罗马皇帝里奥三世（le iii）颁布禁令，禁止圣母、圣子、圣徒、天使以人物形象出现，自此揭开了两派人马长达二百年间的斗争，教堂里的画作遭破坏，画像的持有者和作画的工匠们也都遭到各种形式的迫害，社会动荡不安。

一直到9世纪中叶，教会重新解释，愿对画像给予敬意、信仰崇拜，这才逐渐消释两派间的纷争，而这个日子也被称为“正统的胜利”（the trihrthdy），每年在信仰东正教的国家里被盛大庆祝。然而雕刻艺术从来不曾得到教会的认可。

公元1453年6月，奥斯曼土耳其苏丹穆罕默德攻入了君士坦丁堡，他下令将教堂内所有拜占庭的壁画全部用灰浆遮盖住，所有基督教雕像也被搬出，并将大教堂改为清真寺，还