Roma İmparatorluğu hakimiyetindeki şehirde, I. Konstantin'in oğlu II. Konstantin tarafından 360 yılında aynı yere inşa edilen yapı, Hagia Sophia (Kutsal Bilgelik) olarak isimlendirildi. 1. Ayasofya, Doğu Roma İmparatoru Arkadios'un eşi Evdokia'nın Ayasofya önüne gümüş kaplamalı bir heykelinin dikilmesi üzerine çıkan ayaklanmada, yapılışından 44 yıl sonra büyük ölçüde yıkıldı.
Arkadios'un ardından başa geçen İmparator II. Theodosios tarafından mimar Ruffinos'a yeniden yaptırılan Ayasofya, 10 Ekim 415'te ibadete açıldı. 2. Ayasofya, 532'ye kadar şehrin en büyük kilisesi olarak varlığını devam ettirdi.
2. Ayasofya, I. Justinianus döneminde çıkan "Nika İsyanı" sırasında açılışından 117 yıl sonra 532'de yakılıp yıkıldı.
Ayasofya 5 yılda yeniden inşa edildi
Nika İsyanından 39 gün sonra I. Justinianus tarafından Ayasofya'nın inşasına yeniden başlandı.
Bugüne kadar gelen Ayasofya'nın 532 yılında başlayan inşası, 537 yılında tamamlandı.
Ayasofya'nın yapımını, dönemin ünlü bilim insanları fizikçi Miletli İsidoros ve Trallesli matematikçi Anthemius yönetti. İki baş mimar ile birlikte çalışan yüz mimar ve her mimarın emrinde yüz işçi, binanın yapımını 5 yıl 10 ay gibi kısa bir sürede tamamladı.