На строительство Святой Софии Юстиниан не жалел средств, стремясь придать зданию небывалый блеск. Он лично, на всем протяжении строительства, наблюдал ход работ, приходя на стройку в простой одежде, поощряя часто рабочих деньгами. Каменные блоки для прочности связывались свинцовой заливкой и железными полосами. Известковые растворы готовились на ячменных отварах, куда добавлялось дорогое масло. Кирпичи для купола делались из родосской глины и были так легки, что по просушке десяток их весил не более одного стандартного кирпича. Золото, слоновая кость, драгоценные камни использовались для украшения собора в несметном количестве. Верхняя доска священного престола в алтаре была изготовлена не просто из золота, которое сочли недостаточно драгоценным для этого, а из сплава с серебром, толченым жемчугом и драгоценными камнями. Так что поверхность престола заиграла многоцветием оттенков. Все инкрустировалось драгоценными камнями. Первоначально император желал покрыть золотом и стены храма, но его отговорили, дабы не искушать будущих завоевателей к разрушению собора. Постройка требовала огромных расходов, и их несли все слои населения, платя дополнительные повинности.
Христос из Деисуса в соборе Святой Софии
Храм представлял собой купольную трехнефную базилику, традиционный тип сооружений ромейской архитектуры. Только размеры ее были огромны, и она была перекрыта полусферическим куполом, диаметр которого равнялся 31 м. Высота храма достигала 55 м. Именно из купольной базилики разовьется позднее тип крестово-купольного храма, свойственного древнерусской архитектуре. В Святой Софии впервые была решена задача создания столь огромного купольного здания. Внутренняя поверхность стен собора была облицована огромными мраморными плитами разных оттенков: белого и черного, зеленого и розового. Многие камни были доставлены из развалин языческих храмов и дворцов различных стран обширной империи. Так, были привезены восемь колонн красного порфира из храма Солнца сирийского города Баальбека. Эти колонны еще в эпоху Аврелиана были доставлены в Рим, а теперь переправлены в Константинополь. Из Эфеса были привезены восемь колонн из зеленого мрамора, по преданию, от храма Дианы. Цветной камень везли из Африки, греческой Фессалии, египетские каменотесы рубили гранитные колонны. Со всех концов империи везли редкий мрамор, шедший на убранство храма. Мастера многих стран работали на константинопольскую Софию. Сотни повозок и кораблей доставляли сюда ежедневно как строительные материалы, так и уже готовые произведения искусства.