Главное здание вытянулось на 77 метров в длину и 71,7 метра в ширину. С западной стороны к нему примыкал двор, окруженный портиками. Между двором и храмом расположен высокий притвор, из которого девять дверей ведут внутрь храма. Центр здания — это квадрат с двумя полукружиями к западу и востоку; боковые нефы («корабли») отделены от него роскошной колоннадой. Но главное украшение — купол Софии, пронизанный светом и расписанный лучшими мастерами Византии. Первоначально купол составлял 31 метр в диаметре. Он возвышался на двух арках, которые опирались на четыре столба. Камни столбов были связаны железом и уложены на свинцовых листах, чтобы уберечь постройку от землетрясений. Дабы облегчить тяжесть купола, использовали особые кирпичи из пористой глины с острова Родос. Решение было новаторское: воздушным, невесомым куполом заменили обычный свод, угнетающий прихожанина.
Царь лично руководил работами и каждый день появлялся на стройке. Юстиниан отправил приказ правителям провинций — разыскивать лучшие материалы и доставлять в Константинополь. Находились богатые жертвователи. Римская патрицианка Марция прислала из Италии восемь порфировых колонн из храма Митры, построенного при императоре Валериане. Из Эфеса доставили восемь монолитных колонн зеленого мрамора. Не переставая работали каменоломни Кизика, Афин, Спарты, египетских провинций. После возвращения Африки в эту страну были посланы специалисты по добыче мрамора.
Для убранства храма не жалели золота и драгоценных камней. Купол и стены были украшены картинами и мозаиками на библейские темы. Одна из картин изображала Константина Равноапостольного, который преподносил Богоматери столичный город. Рядом находилось изображение Юстиниана, который передавал Богоматери храм. Алтарные ворота были выполнены из серебра, а престол — из чистого золота. Стоимость сооружения не поддавалась подсчетам. Говорили, что когда фундамент Софии поднялся над землей, стоимость строительства составила в 432 кентинария золота, а всего объект обошелся в 3200 кентинариев, но это преувеличение. Заметим только, что все затраченные средства остались внутри империи, а сам император смог обеспечить работой огромное количество населения. В Константинополь съехалось большое количество пролетариев из провинции и заселило город после резни «Ника». Это уже не был старый бездельный плебс. Перед нами — труженики, которые возводили сказочный храм, обеспечивали едой и одеждой его строителей, организовывали транспортные перевозки…
По ходу строительства возникла масса проблем. Когда возводили купол, опоры треснули, не выдержав тяжести. Архитекторы поспешили к Юстиниану и готовы были уже отказаться от своего замысла, но император прекрасно понимал, что купол — главное украшение Святой Софии. Подумав, царь дал указание продолжить строительство и довести до конца главную арку.
— Она, — говорил Юстиниан, — поднимаясь на собственном своем основании, не будет нуждаться в подпирающем ее постаменте.
Об этом вспоминает Прокопий и оговаривается: «Если бы мой рассказ не имел за собой свидетелей, я уверен, что меня сочли бы льстецом и не заслуживающим никакого доверия, но так как есть много свидетелей случившегося тогда, то мне нечего бояться окончить свой рассказ». Ясно, что базилевс хорошо знал физику, математику и инженерное дело.
Потом стали рушиться колонны — из них выпадали маленькие камни, «как будто их кто выскабливал». Архитекторы вновь собрались на доклад. Юстиниан велел снять верхние части колонн «и вновь поставить много позднее, пока не исчезнет совсем влажность постройки над ними». Инженеры выполнили приказ, строительство продолжалось.
Софию возвели в рекордно короткие сроки. Мы знаем, что готические соборы в мелких европейских герцогствах строились веками. Юстиниан возвел храм за пять лет, 11 месяцев и 10 дней, считая со дня пожара.
Результат превзошел ожидания. Внешне храм выглядел довольно заурядно. Обычный артефакт раннероманской архитектуры, образцы которой раскиданы по Средиземноморью. Но внутри это был настоящий шедевр. Весь секрет заключался в том самом воздушном куполе, о котором мы говорили. Купол словно уходил к небу. Он оставлял много воздуха, внутри храма играл свет, который врывался через хорошо спланированные прорези окон. Пространство не угнетало верующего, но возвышало его. Это был триумф Бога и одновременно триумф Личности, возносящейся к Божественному. Юстиниан не подавлял человека, но хотел возвысить его до уровня Божества.
Освящение храма было совершено 27 декабря 537 года. Юстиниан приехал из дворца на колеснице, запряженной четверкой коней. На площади Августеон, перед храмом, царя встретил патриарх с клиром. Пройдя через двор, Юстиниан вступил в церковь через средние двери, утратил подобающую солидность и подбежал к амвону в полном восторге от увиденного. Убранство храма сверкало драгоценностями и золотом. Насладившись этим зрелищем, Юстиниан поднял руки к небу и воскликнул: