Ayasofya-i Kebir Cami-i Şerifi, mimarisiyle hem İslam hem de Hristiyan kültürlerinin sentezini yansıtan benzersiz bir yapıdır. Bu yapı, tarih boyunca çeşitli işlevler üstlenmiş ve mimari açıdan dikkate değer özellikler barındırmıştır. Özellikle kubbe yapısı, iç mekanın büyüklüğü ve zengin süslemeleri, Ayasofya'nın mimari değerini ön plana çıkaran unsurlardır.

Ayasofya-i Kebir Cami-i Şerifi, kubbeli bazilika tipinde bir yapıdır ve mimari bakımdan merkezî planı birleştiren bir özelliğe sahiptir. Bazı mimari özellikleri:

• Kubbe: Ana kubbe, pandantifler vasıtasıyla dört büyük kemer üzerine oturur. 55,60 m yüksekliğinde ve içten 30,80-32,6 m çapındadır.
• Taşıyıcı sistem: Yapı, yarım kubbeler, payeler ve kemerlerle desteklenmiştir.
• Malzeme: Yapı malzemesi olarak tuğla yerine harç kullanılmıştır.
• Mozaikler: Farklı dönemlerden figürlü ve figürsüz birçok mozaik süsleme bulunmaktadır.
• Minareler: İlk minare Fatih Sultan Mehmed döneminde inşa edilmiştir. Diğer minareler II. Bayezid ve II. Selim tarafından eklenmiştir.
• Osmanlı eklentileri: Osmanlı döneminde camiye mihraplar, minber, müezzin mahfilleri, vaaz kürsüsü ve maksureler eklenmiştir.

Ayasofya, 1934 yılında müzeye dönüştürülmüş, 2020 yılında ise tekrar cami statüsü kazanmıştır.