Новый собор князь Ярослав Мудрый посвятил Софии — «божественному разуму и мудрости, которые правят миром». Построенный как главный митрополичий собор Руси, он служил и великокняжеской усыпальницей. Здесь покоится прах и самого Ярослава Мудрого, умершего в 1054 году и перед смертью принявшего постриг с именем Георгий. Гробница его, сохранившаяся до настоящего времени, представляет собой массивный саркофаг весом 6 тонн и высотой— 1,81 метра. Сначала он находился в западной части храма, откуда его перенесли и в XII веке установили слева от главного алтаря храма — в северном Владимирском приделе.
Нижняя часть саркофага представляет собой прямоугольный ящик, высеченный из цельной глыбы мрамора; верхнюю крышку украшает остроконечное завершие, выполненное по типу двухскатной кровли. Саркофаг украшен резными изображениями христианских символов — крестов, деревьев, рыб и птиц. На гробнице сделаны две греческие надписи: «Свет Христов просвещает всех» и «Иисус Христос Победитель».
В летописях не указывается точное место погребения князя Ярослава Мудрого в соборе Святой Софии, поэтому долгое время не было уверенности в истинной принадлежности этого саркофага именно ему. Саркофаг вскрывали и исследовали два раза — в 1936 и 1939 годах. Ученые обнаружили в нем мужской и женский скелеты, кости которых оказались перемешанными. Киев и Софийский собор не раз становились добычей завоевателей, которые грабили и захоронения. Поэтому никаких драгоценностей, даже остатков одежды и тканей, кроме клочка выцветшего шелка, на скелетах и в саркофаге найдено не было.
Из летописей известно, что князь Ярослав с детства немного прихрамывал, а излечился от своей немощи, по словам летописей, внезапно, когда мать его получила от князя Владимира сообщение о разводе.[17] Позже он получил серьезное ранение в бедро, и антропологи обнаружили патологическое изменение кости правой ноги мужского скелета, что и позволило установить его принадлежность именно Ярославу Мудрому. Скульптор-антрополог М.М. Герасимов по черепу создал скульптурную версию облика великого князя, это изображение и сегодня находится в Софийском соборе Киева.
Рядом с Ярославом Мудрым покоится прах его сына — великого киевского князя Всеволода, умершего 13 апреля 1093 года. Он активно боролся с половцами и нанес им ряд сокрушительных поражений, был одним из образованнейших людей своего времени, знал 5 иностранных языков, основал в Киеве Андреевский монастырь.
В 1099 году в Софийском соборе был похоронен сын князя Всеволода — Ростислав, утонувший в Стугне, когда киевская рать, разбитая половцами, переправлялась через реку. Тело князя Ростислава перенесли в Киев, и «плакася по нем мати его и все люди плакаша по нем поелику… и собрашася епископы и Попове, и черноризцы, и песни обычные певше, и положили в церкви св. Софии, у отца своего».