Aja Sofija je izgrađena tri puta na istoj lokaciji. Današnja Aja Sofija poznata je kao “Treća Aja Sofija”. Prva izgradnja Aja Sofije započela je za vrijeme vladavine Konstantina I, koji je prihvatio kršćanstvo kao zvaničnu religiju Rimskog carstva. Ova zgrada, koja je sagrađena kao bazilika sa drvenim krovom na prvom od sedam brežuljaka Istanbula tada se zvala “Velika crkva”, otvorena je za vrijeme vladavine Konstantina II 360. godine.
Počeo je najveći i najopsežniji projekt restauracije 1.486 godina stare Velike džamije Aja Sofije u Istanbulu. Tursko Ministarstvo kulture i turizma saopštilo je da će glavna kupola biti otpornija na potrese i da će izvorno stanje monumentalnog objekta biti pažljivo očuvano.
Ministar kulture i turizma Mehmet Nuri Ersoy najavio je da će ovim projektom biti zaštićene i historija i budućnost Aja Sofije. Ersoy je na društvenim mrežama saopštio da će se radovi izvoditi s vana kako bi se izbjeglo oštećenje mozaika na unutarnjoj površini kupole. Najavio je da će tokom svih radova biti nastavljeni vjerski obredi u džamiji.

Aja Sofija je izgrađena tri puta na istoj lokaciji. Današnja Aja Sofija poznata je kao “Treća Aja Sofija”. Prva izgradnja Aja Sofije započela je za vrijeme vladavine Konstantina I, koji je prihvatio kršćanstvo kao zvaničnu religiju Rimskog carstva. Ova zgrada, koja je sagrađena kao bazilika sa drvenim krovom na prvom od sedam brežuljaka Istanbula tada se zvala “Velika crkva”, otvorena je za vrijeme vladavine Konstantina II 360. godine. Od ove građevine nema ostatka, ona je u velikoj mjeri devastirana kao rezultat požara koji je izbio u pobuni koju je pokrenuo E. Hamper.
Teodosije II na istom mjetsu je počeo izgradnju druge Aja Sofije, koja je otvorena za bogosluženje 415. godine. Ovu građevinu, koja je takođe bila izgrađena kao bazilika i sa drvenim krovom, devastirali su pobunjenici u Nikinoj buni protiv cara Justinijana 532.
Neposredno nakon nereda, car Justinijan je odlučio da sagradi još veću Aja Sofiju. Treću Aja Sofiju car Justinijan I je gradio između 532-537. Aja Sofija, koja se koristila kao carska crkva Istočnog Rima, često je bila devastirana zbog nemira, ratova i prirodnih katastrofa kroz historiju. Aja Sofija je doživjela jedno od najvećih razaranja tokom 4. krstaškog rata 1204. godine kada je napadnut grad. Krstaši su opljačkali Aja Sofiju zajedno sa cijelim gradom. Tokom latinske okupacije koja je trajala od 1204. do 1261. godine u Istanbulu, Aja Sofija je pretvorena u katedralu pri Rimokatoličkoj crkvi. Popravke su izvršene kako bi se pokušala sačuvati Aja Sofija, koja je ozbiljno oštećena nakon što je istočnorimska uprava ponovo uspostavljena u Istanbulu. Međutim, popravke su bile nedovoljne i 1346. godine istočna arhivolta Aja Sofije i dio kupole su se urušili. Zapravo, Aja Sofija je proživljavala najmračniji period svoje povijesti od latinske invazije do osvajanja Istanbula.

Aja Sofija, koja je dva puta rušena do temelja i treći put građena na istom mjestu, stoljećima je rušena ratovima i pobunama, a čiji su se dijelovi urušavali zbog zapuštenosti i arhitektonskih grešaka, bila je pod konstantnom prijetnjom propasti sve do osvajanja Istanbula od strane sultana Mehmeda Fatiha. Osim toga, sociološko i simboličko značenje hrama je znatno narušeno zbog raskola između katoličke i pravoslavne crkve.
Osmanlije su vodile veliku brigu o Aja Sofiji, koja je u to vrijeme postala džamija i koju su priznavali i cijenili kao simbol osvajanja. Kontinuiranosu je održavali i popravljali, a džamiju su pretvorili u mnogo robusniju građevinu počevši od vladavine sultana Mehmeda Fatiha. Konkretno, dodaci i uređenje koje je Sinan arhitekta napravio u Aja Sofiji odigrali su veliku ulogu u opstanku ovog naslijeđa čovječanstva.

Tako se u historijskim zapisima navodi da je sultan Mehmed Fatih, koji je otišao u Aja Sofiju odmah nakon osvajanja, bio tužan zbog statusa građevine i recitovao sljedeći stih: “Pauk plete svoju mrežu u palati Kajzera, Sova huči u kulama Afrasiaba”. Sultan Mehmed Fatih, koji je uvakufio džamiju, a za njeno održavanje odredio prihode sa više posjeda, započeo je obrazovnu djelatnost izgradnjom medrese uz džamiju. Prvi minaret Aja Sofije izgrađen je od drveta za vrijeme vladavine sultana Mehmeda Fatiha. Ovaj minaret, koji je postojao dugi niz godina, uklonjen je prilikom kapitalne popravke 1574. godine. Drugi minaret džamije Aja Sofija izgrađen je od cigle za vrijeme vladavine sultana Bajazita II. Jedan od osmanskih sultana koji je pokazao najveće interesovanje za Aja Sofiju bio je sultan Selim II. Nakon što je zgrada pokazala znakove umora, Selim II je imenovao Sinana za arhitektu za održavanje i popravku Aja Sofije. Aja Sofija, čije su se kupole i zidovi mnogo puta urušili tokom istočnorimskog perioda, nikada se više nije srušila nakon renoviranja arhitekte Sinana uprkos mnogim velikim potresima u Istanbulu. Tradicija gradnje grobnica za sultane na groblju kompleksa Aja Sofija započela je prvom grobnicom koju je sagradio Sinan arhitekta za sultana Selima II. Od vremena sultana Mehmeda Fatiha, svaki sultan je težio da još više uljepša Aja Sofiju, a Aja Sofija je pretvorena u cijeli kompleks sa brojnim objektima, minaretima, sultanovim uredom, šadirvanom, medresom, bibliotekom i narodnom kuhinjom. Osim toga, veliki značaj je pridavan i unutrašnjem uređenju džamije Aja Sofija tokom osmanskog perioda. Aja Sofija je bila ukrašena najelegantnijim primjerima turske umjetnosti kao što su kaligrafija i umjetnost pločica, a hram je dobio novu estetsku vrijednost. Tako je Aja Sofija ne samo pretvorena u džamiju, već je očuvana i unapređena ovo zajedničko naslijeđe čovječanstva.

Aja Sofija, koja je osvajanjem Istanbula pretvorena u džamiju i služila kao džamija 481 godinu, zatvorena je za javnost nakon što su radovi na restauraciji započeli 1930-ih godina. Potom je pretvorena u muzej uredbom vlade od 24. novembra 1934. Državno vijeće je poništilo dotičnu uredbu kabineta 10. jula 2020. Džamija Aja Sofija je ponovo otvorena za bogoslužje uz predsjedničku uredbu koju je potpisao predsjednik Turske Recep Tayyip Erdogğan.