В обычные дни государь использовал специально обустроенный переход прямо из дворца, располагавшегося рядом.
Многие настенные росписи в храме были уничтожены сначала иконоборцами (729–843), но восстановлены в следующем веке. Большинство мозаики собора было уничтожено крестоносцами, вырубавшими священные образы из стен, а позднее мусульманами, приспосабливавшими храм к нуждам мечети. На их месте стены украшались повсеместно восточным орнаментом.
Среди сохранившихся мозаик необходимо отметить изображение Христа над царскими вратами, где Спаситель восседает на троне, а с двух сторон изображение Богоматери и архангела. У ног Иисуса припавший император. На южной стороне храма, в глубоких нишах, сохранились изображения нескольких святителей: Василия Великого, Григория Богослова, Николая Мирликийского и др. На северной стороне уцелело несколько изображений пророков. Сохранилось также изображение Богоматери с Младенцем, которое находится на арке храма с западной стороны. По сторонам Богоматери два апостола — Петр и Павел. В алтаре храма осталось лишь изображение ангела с крыльями, с державой в левой руке и скипетром в правой. На восточной арке сохранилось изображение Богоматери с Иоанном Предтечей и с портретным изображением императора Иоанна Палеолога.
На южной стороне храма расположен коридор со сводами, грозно называемый Вестибюлем воинов, где император оставлял оружие и свою охрану. Здесь на сводах сохранились следы золотой мозаики времен Юстиниана. Над дверью, ведущей в притвор, сохранилась мозаика X в. с изображением Богоматери, принимающей дары от двух императоров — Константина (город) и Юстиниана (храм). Можно увидеть немало сохранившихся интересных мозаик на галереях, особенно на верхних.
С трех сторон внутреннее пространство собора окружено хорами — галереями, перекрытыми арками. Во времена Юстиниана хоры предназначались для женской половины двора. На северной стороне расположен пологий пандус на хоры, по которому поднимали императрицу в паланкине. В центре западной галереи, напротив алтаря, откуда открывается великолепный вид на всю церковь, обозначено место кругом из зеленого мрамора, на котором стоял трон императрицы.
В 553 г. Святую Софию постигло несчастье: после крупного землетрясения обрушилась часть купола. После восстановления он был поднят на 9 м, потеряв во многом былую воздушность. Собор несколько раз страдал от землетрясений, но каждый раз восстанавливался. В 986 г. купол вновь обвалился. Этот вновь восстановленный купол и сохранился до наших дней.